Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
2. Условия и методика исследования 31
2.1. Почвенно-климатические условия 31
2.2. Методика исследований 39
3. Растительные остатки различных предшественников и степень их разложения 42
4. Водный режим почвы под озимой пшеницей 49
5. Структурно-агрегатный состав пахотіюго слоя почвы под озимой пшеницей 55
6. Влияние удобрений и предшественников на пищевой режим чернозема 58
6.1. Динамика минерального азота в почве иод озимой пшеницей после различных предшественников 58
6.2. Динамика подвижного фосфора и обменного калия в почве 70
7. Накопление сухого вещества и элементов питания растениями озимой пшеницы в течение вегетации 75
8. Урожайность озимой іішениі [ы посліг различі1ых предшественников при систематическом внесении удобрений 87
9. Структура урожайности и качество озимой пшеницы 91
10. Баланс элементов питания 98
11. Биоэнергетическая и экономическая эффективность удобрений 102
Выводы 105
Рекомендации производству 107
Список использованной литературы
- Почвенно-климатические условия
- Растительные остатки различных предшественников и степень их разложения
- Структурно-агрегатный состав пахотіюго слоя почвы под озимой пшеницей
- Динамика подвижного фосфора и обменного калия в почве
Почвенно-климатические условия
За тёплый период их выпадало до 300 мм. Относительно небольшое количество осадков в сочетании с высокими температурами определяет сухость воздуха и почвы, частую повторяемость засух. Максимальный запас влаги отмечается ранней весной. Осень наступает в конце сентября. Начало её характеризуется устойчивой, тёплой и сухой погодой, во второй половине, как правило, - влажной. Сумма осадков за осенний сезон, по многолетним данным, составляет ПО мм, средняя суточная температура воздуха - в сентябре 16,2 С, в октябре - 9,2 С, в ноябре - 3,0 С.
Наступление зимы отмечается чаще в конце ноября, Зимний сезон умеренно холодный со среднесуточной температурой воздуха минус 4,6 С, абсолютный минимум температуры в отдельные годы достигает минус 33-35С.
Продолжительность зимнего периода в среднем 113 дней, сумма осадков 132 мм. Снежный покров несколько раз сходит с полей в результате оттепелей, которых насчитывается в среднем 35-40 дней. Средпемпоголетняя высота снежного покрова не превышает 20 см.
Переход температуры воздуха через 0С наступает обычно в первой декаде марта, через 10 С - конце второй декады апреля. Средняя многолетняя температура воздуха весеннего сезона составляет 9,5 С, но в первой и даже во второй декадах мая возможны понижения температуры воздуха до 0 С и ниже. Весна характеризуется частыми ветрами, приобретающими характер суховеев. Таких дней в апреле - мае насчитывается до 15-17. Осадков в течение весны выпадает в пределах 110-120 мм.
Нарастание тепла идёт очень быстро. Средняя температура наиболее тёплого месяца - июля - 22-24 С, но максимальная может достигать 38-40 С. Особенностью лета является довольно частая повторяемость суховейных явлений. Осадков выпадает до 150 мм, носят они, как правило, ливневый характер и часто сопровождаются выпадением града.
Метеорологические условия в годы проведения исследований складывались по-разному: Средняя годовая температура воздуха за 2002-2003 гг. составила 9,5 С, а сумма осадков за год (774 мм) превысила многолетние данные на 55% (см. табл. 1).
Осень 2002 г. была теплая, влажная со значительными осадками в октябре. Посев озимой пшеницы проводился в оптимальные сроки - 18.09.2002 г. Достаточное количество доступной влаги было но чистому пару, и после люцерны. Всходы по пару, после люцерны, гороха и кукурузы на силос появились через 7-8 дней после посева. Сев озимой пшеницы после подсолнечника проводился в третьей декаде сентября (25.09.), полные всходы появились в первой декаде октября. Температура воздуха в сентябре и ноябре была выше средне-многолетней, в октябре такой же. Переход температуры через +10 С отмечался 10-12 октября. Осадков за осенний период выпало 196 мм, причем наибольшее их количество в октябре - в 4 раза больше но сравнению с многолетними данными.
Осеннее развитие озимой пшеницы проходило при пониженном температурном режиме, недостатке солнечного света, преобладании пасмурной погоды. В результате таких условий закаливание было слабым.
Зима 2002-2003 гг. была холодная, резкое похолодание в конце ноября и сохранение очень холодной погоды в декабре при отсутствии снежного покрова вызвало промерзание почвы. Промерзание было устойчивым, хотя сверху она периодически оттаивала. Глубина промерзания почвы в декабре составила 25-50 см. Чередование морозной и оттепелыюй погоды в январе привело к образованию притертой ледяной корки, которая вызвала гибель растений озимой пшеницы.
Весна 2003 г. наступила поздно. Сумма положительных температур воздуха, накопившихся за весенний период, составляла 100-270 С. В марте среднемесячная температура воздуха была ниже среднемноголстней, в конце месяца выпали осадки в виде мокрого снега и дождя. Среднемесячная температура и количество осадков в апреле меньше многолетних данных. В мае осадков вы 35
пало в 7 раз меньше по сравнению со среднемноголетними, а температура воздуха была выше на 2,7 С. Возобновление вегетации озимой пшеницы отмечено в первой декаде апреля. Закладка колоса (выход в трубку) проходила в первой декаде мая. Длительное отсутствие осадков и низкая влажность воздуха к середине мая вызвали интенсивную почвенную засуху. Колошение озимой пшеницы отмечалось в конце мая.
Лето 2003 г. - умеренно жаркое. Палив зерна проходил в условиях почвенной засухи. В июне температура воздуха и осадки были меньше среднемно-голетних, а в июле выпали сильные осадки, которые превышали многолетние в 4 раза, В результате этого уборка проходила в крайне неблагоприятных условиях.
Сумма осадков за 2003-2004 гг. превысила среднемноголетние на 67% и составила 835 мм, а средняя годовая температура воздуха была больше средне-многолетней на 9%.
Осень 2003 г. была прохладная, со значительными осадками. Сентябрь характеризовался умеренно прохладной погодой с небольшим количеством осадков, которые выпали впервой декаде, что благоприятно сказалось на всходах озимой пшеницы. Средняя за месяц температура воздуха 15,8 С оказалась ниже нормы на 0,4 С. Максимальная температура повышалась до 23-26 С. Посев озимой пшеницы проводился в оптимальные сроки - 12.09.2003 г. Всходы появились через 8 дней. Посев озимой пшеницы после подсолнечника проводился в конце третьей декады сентября (24.09.), всходы появились через 9 дней, на контроле - через 10.
Растительные остатки различных предшественников и степень их разложения
Проведенными исследованиями установлено, что количество растительных остатков зависело от биологической особенности предшественников, уровня урожайности. Па контроле без удобрения больше всего поукосно-корневых остатков оставалось после люцерны - 9,28 т/га (табл. 3, прил. 1).
При внесении органо-минеральных удобрений количество остатков увеличилось на 4%. После гороха растительных остатков было меньше на 71 и 70%, чем после люцерны, после уборки остальных предшественников - примерно одинаковое количество (4,18-4,68 т/га).
Для оценки влияния растительных остатков на условия минерального питания и плодородие изучали содержание основных элементов питания и процессы трансформации их при разложении. На варианте без удобрения наибольшее количество азота поступило с остатками люцерны - 164,6 кг/га, в остатках подсолнечника и кукурузы на силос - в 5-7 раз меньше, в остатках гороха - в 4, чем в пожнивпо-корнсвых остатках люцерны. Применение удобрений увеличивало массу остатков люцерны - на 22 %, гороха - на 26, подсолнечника и кукуруза на силос - на 13-27%.
С растительной массой пожнивно-корневых остатков Р205 поступило в 3-10 раз меньше, чем азота. Больше фосфора содержалось в остатках люцерны как на контроле, так и на варианте с внесением удобрений, меньше всего - после подсолнечника. Остатки люцерны и кукурузы отличались наиболее высоким количеством калия - 42,7 - 47,4 кг/га; минимальными - после гороха - 17,5 кг/га.
Масса пожнивно-корневых остатков за год уменьшилась: люцерны - в 10 раз, гороха - в 6, подсолнечника - в 2, кукурузы на силос - в 2,5 раза, соответственно и содержание в них элементов питания: азота в остатках люцерны - в 9 раз, фосфора - в 4-7, калия - в 4-5; в остатках гороха: азота - в 6 раз, фосфора -в 4, калия - в 5; в остатках подсолнечника: в 2-3 раза; кукурузы на силос: в 3-4, 1,4-1,9, 2-2,4 раза соответственно (см. табл. 3). В чистом пару количество остатков предшественника за первый год уменьшилась на 71-75%, а во второй разложилось полностью.
Более высокие значения содержания N в пожнивно-корневых остатках определили более узкое соотношение С к N, а следовательно, и большую скорость их минерализации, они быстрее вовлекаются в оборот, являясь ближайшим резервом элементов питания для последующих культур.
Наиболее оптимальное соотношение C:N (19:1) на естественном фоне было в остатках люцерны, что определяет возможность ускорения их разложения (табл. 4, прил. 2, 3). Несколько больше было соотношение C:N после гороха -26:1; наиболее - после подсолнечника - 78:1. Внесение удобрений по сравнению с контролем способствовало сужению этого соотношения, повышению процента разложения растительной массы.
Пожнивно-корнсвые остатки имели различную интенсивность разложения в почве, что обусловлено как метеорологическими факторами, так и соотношением углерода к азоту. За 12 месяцев больше всего разложилось остатков люцерны - на - 90%. Несколько меньше интенсивность разложения гороха -83, слабее всего разложились растительные остатки подсолнечника - 56-57 %, степень разложения в пару растительных остатков предшественника в 1-й год 71-75%. Проведенным корреляционным и регрессионным анализами определена зависимость степени разложения растительных остатков от соотношения С к N: Коэффициент корреляции г = 0,98 показывает очень тесную зависимость между этими факторами.
За годы проведенных исследований установлено, что наибольшая урожайность озимой пшеницы на контроле была после люцерны, меньше после гороха на 20%, после подсолнечника - на 44, кукурузы на силос - на 46% (табл. 5, прил. 4). Внесение 6т навоза + N44P30K24 "а 1 га севооборотной площади в среднем за 18-20 лет увеличивало урожайность на 13-80%.
На скорость разложения иожнивно-корневых остатков большое влияние оказывало не только содержание в них азота, но и другого компонента органического вещества - углерода. За период разложения в почву на естественном фоне с иожнивно-корневыми остатками люцерны поступило максимальное количество элементов питания, которое составило: С - 2806 кг/га; N - 145,6; Р2О5 - 13,3; КгО - 34,1. В остатках гороха по сравнению с остатками люцерны содержалось меньше углерода и азота в 4 раза, калия и фосфора в 2,4-2,6 раз, с
остатками подсолнечника и кукурузы на силос - углерода в 3-3,2 раза, азота в 6,7-10,6, фосфора в 4,2-7,4, калия в 1,4-1,9 раза.
При внесении удобрений содержание элементов питания в остатках предшественников относительно естественного фона увеличивалось таким образом: углерода - на 3-12%, азота - на 17-24, фосфора - на 20-150, калия - на 4-30% соответственно.
Оценка предшественников по количеству оставляемых элементов питания с пожнивно-корневыми остатками и содержанию NPK позволила определить направленность биологического оборота.
Проведенными корреляционным и регрессионным анализами установлены зависимости между урожайностью озимой пшеницы и содержанием азота и фосфора в растительных остатках предшественников, а также между урожайностью и степенью разложения растительных остатков, которые описаны следующими уравнениями (рис. 2, 3):
Структурно-агрегатный состав пахотіюго слоя почвы под озимой пшеницей
Структура почвы является важнейшим физическим показателем ее плодородия, так как оказывает значительное влияние на водный режим, физико-механические и технологические свойства. Структурные агрегаты могут иметь в зависимости от состояния почвы различные размеры, однако с агрономической точки зрения большое значение имеет мелкокомковатая и зернистая структура с размером частиц 10-0,25мм, обладающих пористостью и водопроч-ностыо. Агрономически ценная структура, придавая почве рыхлое сложение, облегчает прорастание семян и распространение корней растений, а также уменьшает энергетические затраты на механическую обработку почвы.
На структурное состояние и водопрочность агрегатов оказывает влияние большое число факторов, но наибольшее - наличие растительности, частота, сроки и глубина обработки. Покрытая растениями почва лучше сохраняет структуру. Частые обработки почвы ведут к разрушению ее структуры не только за счет воздействия орудий, но и проходов агрегатов.
Исследованиями, проведенными нами в 2003-2005 гг. установлено, что па контроле (без удобрения) содержание ценных в агрономическом смысле агрегатов (0,25-10мм) в слое почвы 0-30см находилось в пределах от 70,4% (подсолнечник) до 77,8% (люцерна), (табл. 9, прил. 9, 10). Остальные варианты по этому показателю занимали промежуточное положение.
Количество агрегатов крупнее 10мм было наименьшим по чистому пару, а наибольшим - после подсолнечника; максимальное количество агрегатов меньше 0,25мм было также по пару, минимальное - после кукурузы на силос. Преобладание мелких фракций в чистом пару связано с большим количеством механических обработок, выпадением осадков, особенно в виде ливневых дождей. После пропашных предшественников, в частности подсолнечника, количество обработок ограничено, поэтому преобладают крупные фракции.
На вариантах с внесением оргаио-минеральных удобрений агрономически ценных агрегатов размером 0,25-10мм было больше, чем на естественном фоне при возделывании озимой пшеницы по пару соответственно на 3,4 и 3,1%, после люцерны на 4,6 и 4,2, гороха - 3,0 и 3,6, кукурузы на силос - 5,0 и 4,4 и после подсолнечника на 4,7 и 6,0%. Лучшая оструктуренность почвы на удобренных вариантах в сравнении с контролем объясняется большей густотой стояния растений, лучше развитой корневой системой.
Так как после люцерны, чистого пара и гороха агрономически ценных агрегатов имелось больше, лучше были физические свойства почвы, водный и пищевой режимы, чем после пропашных предшественников. В связи с этим лучше были условия для накопления и сохранения влаги, прорастания семян и распространения корней озимой пшеницы. После пропашных предшественников из-за наличия большого количества агрегатов крупной фракции ( 10мм) и меньшего агрономически ценных (10-0,25мм), меньшего контакта семян с почвой всходы озимой пшеницы появились позже и густота их была реже.
Коэффициент структурности как на варианте без удобрения (контроль), так и на вариантах с их применением был наибольший после люцерны (см. табл. 9), а, наименьший - после подсолнечника. Чем больше этот показатель, тем лучше почва оструктурспа, так как люцерна из всех предшественников озимой пшеницы оказывает более положительное влияние на структурно-агрегатный состав почвы. Корневая система люцерны обладает скрепляющим и армирующим фактором, то есть удерживает почвенные частицы от распыления и разрушения. С ее корневой системой в почву поступает большое количество азота, который образует с кальциевыми соединениями водопрочную и прочную против разрушения структуру. После гороха коэффициент структурности несколько меньше, так как его корневая система меньше корневой системы люцерны, она выделяет в почву меньшее количество азота и обладает меньшими скрепляющими свойствами.
Коэффициент структурности был самым низким после пропашных предшественников в связи с многочисленными воздействиями почвообрабатывающих орудий на почву в течение вегетации, и после уборки предшественников, меньшего количества времени между уборкой предшественника и посевом озимой пшеницы.
Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что максимальное количество агрономически ценных фракций остается после люцерны, почва после нее имеет наибольший коэффициент структурности.
В среднем за три года исследований установлено, что в период всходов на контроле (без удобрения) наибольшее содержание минерального (нитратного и аммонийного) азота отмечалось в пахотном слое почвы под озимой пшеницей после люцерны - 39,8 мг/кг, меньше: по чистому пару на 36%, после гороха на 59, кукурузы на силос - на 75% (рис. 4, прил. 11-14). Под озимой пшеницей после подсолнечника его имелось наименьшее количество - на 83% меньше, чем после люцерны. Аналогично изменялось содержание N ми„ в метровом слое почвы.
В период весеннего отрастания по паровому предшественнику содержание минерального азота в пахотном слое сократилось в 4, после люцерны - в 5, под озимой пшеницей после гороха в 3 раза. После пропашных предшественников уменьшение содержания минерального азота было незначительным, вследствие чего оно оказалось примерно одинаковым после всех предшественников. Снижение N мим под озимой пшеницей за осенне-зимний период произошло вследствие денитрификации и вымывания за пределы корнеобитаемого слоя.
Динамика подвижного фосфора и обменного калия в почве
В период всходов озимой пшеницы по чистому пару при внесении удобрений согласно 1 и 3 вариантов минерального азота в пахотном слое было больше в 2-2,4 раза, чем на контроле; после люцерны - в 1,4 раза (1 вар.), гороха - в 1,2-1,5; кукурузы на силос - 1,4-1,5, подсолнечника - в 1,8-2,5 раза. На вариантах с удобрениями наибольшее содержание N МИ11 в слое 0-30см и 0-100см отмечено при возделывании озимой пшеницы по чистому пару, наименьшее -после кукурузы на силос и подсолнечника.
Весенняя азотная подкормка по мерзло-талой почве в дозах N4o и N6o увеличивала содержание минерального азота по сравнению с естественным фоном в пахотном слое почвы 2-4 раза в зависимости от предшественника и внесения удобрений. На удобренных вариантах в фазе выхода в трубку под озимой пшеницей по чистому пару произошло увеличение минерального азота в слое 0-30см, затем уменьшение и вновь увеличение в фазе полной спелости. После люцерны (вар. 1 и 3), гороха (3 вар.) и после кукурузы на силос (вар. 1) содержание N ми„ снижалось до колошения и незначительно повышалось в конце вегетации. На варианте, где применялись органо-минеральные удобрения (вар.1) наблюдалось увеличение N мип в фазе колошения под озимой пшеницей после гороха и незначительное снижение к полной спелости. На остальных вариантах опыта происходило закономерное снижение содержания минерального азота от фазы выхода в трубку до полной спелости.
Повышение содержания минерального азота в почве к полной спелости озимой пшеницы объясняется прекращением потребления азота растениями и минерализацией части отмирающих растительных остатков.
Изменения содержания минерального азота в слое почвы 0-100см были такими же, как и в пахотном слое, кроме его содержания иод культурой после люцерны, где на варианте с органо-минеральными удобрениями (1) к фазе колошения несколько возрастало, затем уменьшалось к полной спелости.
На контроле (без удобрения) в период всходов растений озимой пшеницы содержание нитратного азота (N-ЫОз) превышало содержание аммонийного (N NH4) по всему метровому горизонту (рис. 6, 7, ирил. 15-18). Наибольшее содержание N-N03 и N-NH4 в пахотном и метровом слоях почвы под озимой пшеницей наблюдалось при ее возделывании после люцерны, наименьшее - после подсолнечника (N-NO3) и кукурузы на силос (N-NI14). По профилю почвы происходило закономерное снижение содержания N-NO3 и N-NH4 от слоя 0-10 до слоя 80-100см.
В период весеннего отрастания озимой пшеницы по всем предшественникам содержание N-NCb в пахотном слое почвы снижалось в 1,2-8,0 раз, в более глубоких слоях - в 1,5-3 раза. Содержание N-NH4 ,наоборот, возросло в 1,1-4,0 раза. Это объясняется различными условиями: высокой влажностью почвы, преобладанием анаэробных процессов и низкими температурами, которые негативно влияют на процесс нитрификации.
От фазы выхода в трубку до полной спелости на естественном фоне происходило закономерное снижение N-NO3 и N-NH4 но всему метровому горизонту в почве иод озимой пшеницей по пару, после остальных предшественников содержание нитратов почве в период колошения уменьшилось, к полной спелости - незначительно возросло. Содержание аммонийного азота в почве под растениями после люцерны и подсолнечника снижалось до полной спелости, после гороха - уменьшилось к фазе колошения, а к уборке незначительно возросло, после кукурузы на силос содержание N-NI 14 увеличивалось вплоть до уборки.
К полной спелости зерна озимой пшеницы после всех предшественников на контроле (без удобрения) в метровом слое содержание нитратного азота превышало содержание аммонийного (см. рис. 6, 7).
При систематическом внесении органо-мииеральных и органических удобрений с азотными подкормками по схеме опыта в фазе всходов в слое почвы 0-100см содержание нитратного азота как правило, превышало количество аммонийного по всем предшественникам (рис. 8, 9, 10, 11, ирил. 15-18).
От фазы выхода в трубку и до уборки озимой пшеницы но чистому пару на варианте 1 содержание нитратного и аммонийного азота уменьшалось в пахотном слое почвы; после люцерны - N-NO3 уменьшилось в фазе колошения, затем незначительно возросло. При возделывании озимой пшеницы после гороха и пропашных предшественников от фазы выхода в трубку вплоть до полной спелости количество нитратов в почве на этом варианте возрастало.
При внесении органических удобрений (вар. 3) количество нитратного азота в слое почвы 0-30 см, независимо от предшественников, уменьшалось от фазы выхода в трубку растений до колошения, затем - незначительно возрастало к уборке. Содержание аммонийного азота в почве иод озимой пшеницей после всех предшественников уменьшалось от фазы выхода в трубку до полной спелости.
Динамика подвижного фосфора в пахотном слое почвы под озимой пшеницей после различных предшественников в среднем за годы исследований на контроле сравнительно стабильна с несколько большим количеством в фазы: всходы и весеннее отрастание, постепенным уменьшением к фазе полной спелости (рис. 12, прил. 19-26).
В период всходов на контроле (без удобрения) содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы находилось в пределах 13,8 -15,3 мг/кг; в период весеннего отрастания - 13,2-14,9; в фазе выхода в трубку - 13,4-14,6; в колошении - 12,6-14,2; в полной спелости - от 12,3 до 14,1 мг/кг почвы, с максимальными значениями под озимой пшеницей после люцерны. В целом обеспеченность подвижным фосфором на варианте без удобрения (контроль) низкая. Изменения содержания Р205 в слоях почвы 30-50 и 50-100 см за вегетационный период незначительны (прил. 23-26).
Применение органо-минеральных удобрений (вар. 1) способствовало повышению содержания подвижного фосфора в пахотном слое почвы после всех предшественников до уровня повышенной обеспеченности (34,8-43,3 мг/кг). На варианте с органическими (3) удобрениями содержание Р2О5 под озимой пшеницей по чистому пару, после гороха и кукурузы на силос было повышенным, по остальным предшественникам - среднее. При внесении органо-минеральных (вар. 1) и органических (вар. 3) удобрений в сравнении с контролем содержание подвижного фосфора в почве было больше: под озимой пшеницей но чистому пару 3 раза, после люцерны - в 2,6 и 1,7, гороха - в 2,9 и 2,3, кукурузы на силос - 2,6-2,7 и после подсолнечника в 2,1-2,4 раза.
