Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы по вопросам эффективного использования жидких азотных удобрений при возделывании яровой пшеницы и кукурузы 9
1.1. Преимущества жидких азотных удобрений 9
1.2. Взаимодействие аммиака с почвой, его влияние на питательный режим, органическое вещество и микрофлору 16
1.3. Эффективность жидких азотных удобрений при возделывании яровой пшеницы 24
1.4. Эффективность жидких азотных удобрений при возделывании кукурузы 30
2. Условия и методика исследований- 37
2.1. Почвенно-климатические условия зоны 37
2.2. Погодные условия за годы проведения исследований 40
2.3. Характеристика опытного участка, схема опытов, агротехника и методика проведения исследований 50
3. Результаты исследований 56
3.1. Взаимодействие аммиака с почвой и его влияние на питательный режим и микрофлору 56
3.1.1.Разработка методов внесения безводного аммиака в малых объемах 56
3.1.2. Взаимодействие аммиака с почвой, его трансформа ция и влияние на питательный режим почвы 58
3.1.3. Влияние безводного аммиака на микрофлору почвы
3.2. Сравнительная агрономическая эффективность безводного аммиака, КАС и аммиачной селитры при возделывании яровой пшеницы и кукурузы 87
3.3. Количественные показатели элементов продуктивности и особенности формирования и роста побега яровой пшеницы при использовании удобрений 94
3.4. Влияние различных форм азотных удобрений на структуру урожая кукурузы 103
3.5. Влияние безводного аммиака на основные показатели качества зерна яровой пшеницы 108
3.6. Влияние различных форм азотных удобрений на содержание азота, фосфора и калия в зерне и соломе яровой пшеницы и сухой массе кукурузы 111
3.7. Использование растениями яровой пшеницы и кукурузы азота разных форм удобрений
4. Результаты вегетационных опытов с яровой пшеницей и кукурузой 122
5. Результаты производственных опытов с безводным аммиаком в самарской области 130
6. Экономическая эффективность и агро-энергетическая оценка изучаемых приемов возделывания яровой пшеницы и кукурузы
Выводы 149
Предложения производству 151
Список использованной литературы
- Взаимодействие аммиака с почвой, его влияние на питательный режим, органическое вещество и микрофлору
- Погодные условия за годы проведения исследований
- Взаимодействие аммиака с почвой, его трансформа ция и влияние на питательный режим почвы
- Влияние различных форм азотных удобрений на содержание азота, фосфора и калия в зерне и соломе яровой пшеницы и сухой массе кукурузы
Взаимодействие аммиака с почвой, его влияние на питательный режим, органическое вещество и микрофлору
Малые и средние дозы аммиака не оказывают заметного влияния на гумус почвы. Ряд исследователей (Блажкова И. И др., 1961; ГумбертР.П., Эй-рес А.С., 1961; Адаме Дж. и др., 1965) указывают, что аммиак при длительном применении вызывал некоторую потерю гумуса. Под влиянием безводного аммиака происходит повышение растворимости и усиление гидролиза некоторых фракций гумуса почвы.
В опытах М. Закирковой (1961) при внесении аммиачной воды в дозе азота 100 кг/га на дерново-подзолистых почвах содержание водорастворимого гумуса увеличилось незначительно. При дозе азота 300 кг/га содержание его в зоне внесения увеличилось в семь раз. К. Norman с соавторами (1987; 1988) отметил 6-7-кратное увеличение содержания водорастворимого органического вещества вокруг центра при дозе 44 кг/га и 7-9-кратное - при дозе 206 кг/га. Концентрация водорастворимого органического вещества снижалась со временем и с увеличением расстояния от точки внесения.
В.А. Зубрицкий (1987) пишет, что необходимо помнить, что безводный аммиак в повышенных нормах в определенной степени снижает содержание гумуса.
Я. Нейберг с соавторами (1961) сообщает, что опасения по поводу неблагоприятного влияния аммиака на гумус не оправданы, поскольку аммиак при нормальных почвенных условиях нитрифицируется в течение трех недель и теряет свойства, отрицательно влияющие на органо-минеральный комплекс почвы. Эти же исследователи сообщают, что аммиак при внесении действует на 1/45 объема почвы пахотного слоя, а это означает потерю лишь 0,014 % от об щего содержания гумуса, или потерю менее 10 кг органического вещества на один гектар. В.П. Цюпка (1987) утверждает, что не наблюдал повышенной деградации гумуса даже при систематическом применении безводного аммиака.
Потери гумуса при внесении аммиака легко компенсируются новообразованием гумуса, благодаря увеличению урожая и соответственно большего количества растительных остатков (Игловиков В.Г. и др., 1971).
Согласно исследованиям У.Б. Эндрюса (1961), Д. Давидеску, К. Хера (1963), В.Ф.Матвиенко, Т.П. Матвиенко (1970), В.В. Мицкувене (1970), В.Г. Игловикова. и др.(1971), А.И. Доноса (1987), В.М. Воронина (1989) в зоне внесения жидких азотных удобрений увеличивается содержание легкорастворимых форм калия и фосфора. М.А. Сираев (1981) сообщает, что по некоторым расчетам, при внесении 100 кг безводного аммиака, растения дополнительно получают около 40 кг подвижного фосфора и более 5 кг обменного калия с одного гектара. Д. Давидеску и К. Хера (1963) при внесении водного и безводного аммиака наблюдали увеличение содержания в почве водорастворимых форм фосфора и калия в начале опыта и снижение в конце. А.Л. Левенец с соавторами (1984) утверждают, что количество подвижных соединений фосфора и калия при внесении безводного аммиака в дозах азота от 80 до 140 кг д.в. на один гектар практически не изменилось.
Д. Давидеску, К. Хера (1963), В.Г. Игловиков и др. (1971) считают, что при локальном размещении безводного аммиака содержание подвижных форм калия и фосфора повышается лишь в ограниченном объеме почвы, то есть не более 4-6% удобряемой площади, следовательно, не имеет большого значения в обеспечении сельскохозяйственных культур этими элементами, и уменьшать дозы фосфорно-калийных удобрений при этом не следует.
Все исследователи (Давидеску Д., Хера К., 1963; Кореньков Д.А., 1970; Добротворский И.А., 1976; Амосова Л.Г., 1977; Косолапов Е.Л. и др., 1982; Воронин В.М., 1989) отмечают, что в зоне внесения безводного аммиака в начальный период наблюдается повышение рН. Затем в результате нитрификации ки 21 слотность почвы снижается до первоначальной и ниже. В полевых условиях концентрация аммиака в зависимости от типа почв, гранулометрического состава, содержания гумуса, дозы внесения и других условий, бывает разной. Поэтому изменение реакции почвы в зоне внесения происходит неодинаково. Повышение щелочности колеблется в диапазоне до трех-четырех единиц. На песчаных почвах повышение щелочности происходит более резко, чем на суглинистых и глинистых.
Известно, что питание растений зависит от деятельности почвенных микроорганизмов. Вносимые в почву промышленные удобрения могут усиливать, тормозить, а в отдельных случаях и приостанавливать жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.
Аммиак относится к соединениям, обладающим высокой биологической токсичностью. Большинство авторов (Эно Ч., Блю У., 1961; Казанцева О.В., 1977; ВинкалнеМ.О. и др., 1982; ОсманисВ.А., Винкалне М.О., 1985; Dulgerov A.N., SerayaL.S.,1988) считают, что внесение аммиака в почву в зоне его локализации вызывает значительное угнетение различных физиологических групп почвенной микрофлоры. Исследованиями этих же авторов установлено, что стерилизующее действие безводного аммиака на почвенную микрофлору имеет временный характер.
Так, О.В. Казанцева (1977) сообщает, что в первые 7-11 дней после внесения безводного аммиака численность грибов, бактерий и актиномицетов значительно уменьшается. Спустя 12-13 дней численность бактерий и актиномицетов восстанавливается до прежнего уровня; на 15-18 день после применения аммиака она возрастает в 4-10 раз. Для грибов время восстановления численности составило 5-6 недель. Изменение видового состава микроорганизмов наблюдалось только при внесении безводного аммиака в высокой дозе (240 кг/га).
При внесении безводного аммиака значительно увеличивается количество и повышается активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов (Казанцева О.В., 1977; Цюпка В.П., 1989). В.П. Цюпка (1989), сравнивая систематическое применение жидкого аммиака и аммиачной селитры, установил, что под влиянием аммиака по сравнению с аммиачной селитрой в пахотном горизонте почвы более интенсивно размножались микроорганизмы, участвующие в трансформации азота аммиачного и на более поздних этапах разложения органического вещества, то есть нитрификаторы, денитрификаторы, актиномицеты, спорообразующие бактерии, целлюлозоразрушители. В.Г. Игловиков с соавторами (1971) отмечают, что безводный аммиак и аммиачная селитра в дозе азота 100 кг на один гектар оказывают примерно одинаковое влияние на микробиологические процессы и в конечном итоге стимулируют развитие отдельных агрономически важных групп бактерий. Н.Я. Кутовая с соавторами (1986) сообщают, что общее количество микроорганизмов, участвующих в трансформации азота, при внесении аммиака увеличивалось по сравнению с РК-фоном и Na.a., а количество азотобактера, целлюлозоразлагающих микроорганизмов и плесневых грибов снижалось. В.Г. Игловиков (1986) отмечает, что эффект от безводного аммиака был значительно выше по сравнению с аммиачной селитрой.
Погодные условия за годы проведения исследований
Высота растений при использовании полного минерального удобрения в форме твердых туков увеличилась на 19 см, при использовании КАС - на 26 см. Увеличилась и масса растений и отдельных его частей. Относительное участие початков осталось неизменным и находится на уровне 33-35 %.
Таким образом, внесение азотных удобрений привело к увеличению массы и высоты растений кукурузы, но не повлияло на структуру урожая зеленой массы.
Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что качество зерна пшеницы зависит от почвенно-климатических условий, сорта, предшественника, сроков посева, удобрений и других факторов. Быстро действующим фактором выступают удобрения (В.П.Толстоусов, 1987).
В настоящее время рекомендуется во всех опытах с азотными удобрениями изучать их влияние не только на урожайность культур, но и на их качество.
Качество зерна характеризуется физическими и химическими показателями, хлебопекарными и технологическими свойствами муки.
Стекловидность относится к физическим показателям качества зерна. Стекловидность зерна пшеницы имеет значение вследствие того, что тесно связана с содержанием белка и технологическими свойствами зерна. Стекловидные зерна в пределах сорта, как правило, богаче белком и клейковиной по сравнению с мучнистыми. Стекловидные пшеницы дают больший выход муки, отличаются повышенным содержанием и лучшим качеством клейковины. По 109 казатель стекловидности положен в основу деления пшеницы на подтипы: I -не менее%, II - не менее 60 %, III и IV - не менее 40 %, V - менее 40 %.
В проведенных опытах (табл. 23, приложения 25, 26) показатель стекловидности зерна колебался от 54 до 92 %. Причем выше 75 % этот показатель был только при использовании азотных удобрений в разных формах и дозах. При использовании безводного аммиака стекловидность составила 79,2-85,9 %.
Из химических показателей важнейшей составляющей частью качества зерна пшеницы является белок. Чем больше в зерне белка, тем выше его пищевая ценность. Для получения хорошего хлеба желательно иметь не менее 14 % сырого белка в зерне.
В наших опытах этому стандарту соответствует зерно пшеницы при внесении 80 кг/га азота на фоне Р60К60. При использовании безводного аммиака этот показатель составил 14,1 %, аммиачной селитры - 14,2 %.
Белковые вещества пшеницы при замешивании теста образуют связанную легко отмываемую клейковину, которая растягивается и эластична как резина. Клейковина в основном обусловливает хлебопекарные свойства пшеничной муки. Количество ее в зерне очень изменчиво (от 16 до 50 %) и зависит от плодородия почв, агротехники, сорта и т.д. При содержании в зерне 14-16 % белка и не менее 28-30 % клейковины обычно выпекается хлеб с хорошей пористостью и высоким объемом.
Количество "сырой клейковины" в зерне пшеницы колебалось от 32,9 до 39,8 %,, что характеризует пшеницу как сильную.
Альвеографическая оценка муки пшеницы показывает, что азотные удобрения улучшают силу муки и физические свойства теста (табл. 23).
Сила муки под влиянием азотных удобрений может иногда возрастать даже в тех случаях, когда они слабо повышают белковость зерна.
Показатель "силы" муки из сильной пшеницы должен составлять не менее 280 единиц. В наших опытах этому требованию не соответствовало зерно, выращенное без внесения удобрений. На удобренных вариантах "сила" муки колебалась от 376 и 466 единиц. Показатель упругости теста сильных пшениц ("Р") должен быть не ниже 80 мм. В наших опытах он выразился величиной 118-148 мм, причем на удобренных вариантах он колебался от 140 до 148 ед.
Отношение упругости теста к его растяжимости у сильных пшениц колеблется в пределах 0,8-2,0. Такое тесто считается хорошо сбалансированным, то есть наилучшим по качеству. В наших опытах отношение составило 2,1-2,6, что также свидетельствует о хорошем качестве зерна яровой пшеницы.
Таким образом, изучаемые показатели качества зерна отвечали стандарту "сильной" пшеницы, только при использовании азотных удобрений. Действие безводного аммиака на показатели качества зерна практически ничем не отличается от традиционной формы азотных удобрений - аммиачной селитры.
Как известно, изменение питательного режима почвы при внесении удобрений оказывает влияние не только на продуктивность растений, но и на их химический состав. В наших исследованиях мы проследили за влиянием различных форм азотных удобрений на содержание азота, фосфора и калия в зерне и соломе яровой пшеницы и сухой массе кукурузы (табл. 24, 25, 26).
Накопление азота в зерне значительно колебалось по годам исследований в зависимости от погодных условий и уровня урожайности. Больше его было в 1987 году (3,03-3,28 %). Урожайность зерна по вариантам в этом году колебалась от 1,87 до 2,75 т/га. В 1986 году условия роста и развития яровой пшеницы были самыми благоприятными, что привело к формированию очень высоких урожаев. Содержание же азота в зерне снизилось до 1,70-2,02 %. Причем, при использовании удобрений этот показатель был ниже, чем в контроле без удоб
Взаимодействие аммиака с почвой, его трансформа ция и влияние на питательный режим почвы
Определение коэффициента использования питательных веществ удобрений (КИУ), и в частности азота, представляет большой интерес.
Коэффициенты использования элементов питания из удобрений подвержены существенным колебаниям в зависимости от культуры, почвенно-климатических условий, дозы, времени внесения удобрений, способа заделки удобрений и т.д. Их установление возможно лишь экспериментальным путем в условиях полевых опытов.
Коэффициенты использования азота из аммиачной селитры и безводного аммиака яровой пшеницей и кукурузой рассчитаны разностным методом. Но минеральные удобрения влияют на подвижность питательных веществ, поэтому КИУ, рассчитанные этим методом, завышенные.
Вынос азота рассчитывался на основе учета урожайности основной и побочной продукции и определения содержания в ней азота повеем вариантам опыта.
В полевом опыте с яровой пшеницей вынос азота с 1 га (рис. 16, приложение 27) по сравнению с контролем возрос в основном за счет увеличения урожайности при внесении различных доз и форм азотных удобрений. Содержание азота в зерне яровой пшеницы при внесении азотных удобрений увеличивается незначительно, а в соломе даже снижается (табл. 24, 25, приложение 27). Практически одинаковый вынос на единицу урожая (1т) был в двух вариантах: без удобрений и фон + N80(6a). Ниже он был при внесении 40 кг/га азота безводного аммиака и 80 кг/га азота аммиачной селитры. Самый высокий коэффициент использования - 34,3 % - получен при внесении 40 кг/га азота безводного аммиака. Увеличение дозы азота до 80 кг/га привело к снижению этого показателя до 33,1 %. Коэффициент использования из аммиачной селитры был ниже -31,0%.
Таким образом, яровая пшеница в условиях лесостепи Заволжья лучше использует азот безводного аммиака.
Увеличение выноса азота с 1 га кукурузой при внесении удобрений обусловлено ростом урожайности и в меньшей степени содержанием азота в сухой массе кукурузы (рис.17, приложение 28). При использовании безводного аммиака содержание и сбор сухого вещества, а также азота в кукурузе выше, чем при внесении аммиачной селитры.
Вынос азота на единицу продукции (1т) увеличивается при использовании азотных удобрений. Самый высокий коэффициент использования получен при внесении 80 кг/га азота безводного аммиака по РК-фону. С увеличением дозы азота в два раза коэффициент использования азота снизился до 59,9 %.
Таким образом, азот аммиачной селитры используется кукурузой хуже, чем безводного аммиака, т.к. использование последнего увеличивает содержание сухого вещества в зеленой массе кукурузы и содержание азота в ней. Данные вегетационных опытов практически полностью подтверждают закономерности результатов полевых исследований при более заметном действии удобрений на растения (табл. 29, рис. 18, 19)
Наибольшая в опыте урожайность зерна и соломы яровой пшеницы получена в варианте с внесением двойной дозы азота в форме аммиака по фону РК: 11,2 и 20,2 г на сосуд соответственно. Внесение на том же фоне аммиачной селитры дало несколько худшие результаты - 10,0 г зерна и 18,7 г соломы на сосуд.
Изучаемые удобрения оказали положительное влияние на все элементы продуктивности яровой пшеницы (табл. 30, приложение 29). Высота растений была больше на 2 см по РК-фону, на 9,1 см при внесении одинарной дозы водного аммиака, на 15,9 см - двойной дозы. При использовании аммиачной селитры высота увеличилась на 8,7 см.
При внесении азотных удобрений заметно повысилась продуктивная кустистость яровой пшеницы, длина колоса возросла на 1,6-2,0 см, увеличилось число колосков и зерен в колосе. Масса зерна с растения стала больше на 0,24-0,33 грамма. Все количественные показатели структуры урожая были выше при использовании двойной дозы водного аммиака по фону фосфора и калия. Изменения по вариантам достоверны.
Высота растений кукурузы во все годы исследований в варианте РоїКої была меньше, чем в контрольном. Самыми высокими растения кукурузы были в варианте с использованием двойной дозы аммиака. В 1985 году растения кукурузы во всех вариантах были выше, чем в 1986 и 1987 гг. (рис. 18).
Влияние различных форм азотных удобрений на содержание азота, фосфора и калия в зерне и соломе яровой пшеницы и сухой массе кукурузы
Расчет энергетической эффективности показал, что применение удобрений существенно изменяет энергетические затраты на единицу площади. Это объясняется дополнительными энергозатратами на удобрения, их транспортировку и внесение в почву, а также повышенным расходом энергии на уборку и, особенно транспортировку дополнительной продукции, получаемой на удобренных вариантах.
Затраты суммарной энергии оказались на относительно низком уров-не(7,02-18,48ГДж/га) в вариантах без удобрений и с использованием фосфорно-калийных туков. При внесении энергоемких азотных удобрений этот показатель возрос до 22,44-26,18ГДж/га при возделывании яровой пшеницы и до 18,77-25,98ГДж/га - кукурузы. Затраты совокупной энергии оказались выше при использовании безводного аммиака в дозе 80кг/га под пшеницу и 160кг/га под кукурузу, в связи с дополнительными затратами энергии на его транспортировку и внесение в почву.
С наибольшей эффективностью энергетические вложения использовались в вариантах без удобрений и с применением фосфорно-калийных туков, хотя чистый энергетический доход с гектара здесь ниже-16,84 и 16,57 ГДж (пшеница) , 68,78 и 82,29ГДЖ/га (кукуруза). Наибольшее значение показателя чистого энергетического дохода отмечено при использовании твердой формы азотного тука - 20,97ГДж/га у пшеницы и 99,74 ГДж/га у кукурузы.
В структуре затрат совокупной энергии на возделывание яровой пшеницы без использования удобрений (рис.21) наибольшая доля приходится на семена (48, 40 %), а также на машины и оборудование (31,37 %). Применение фосфорно-калийных удобрений привело к увеличению затрат на машины и оборудование до36.57%, энергозатрат живого человеческого труда до 6 16%. На удобрения в структуре затрат приходится всего 7,32%.Использование энергоемких азотных туков привело к значительному перераспределению энергетических затрат. Наибольшие затраты на удобрения отмечены при использовании твердого азотного тука - аммиачной селитры (33 68 %). При внесении такой же дозы азота в форме жидкого аммиака доля затрат на удобрения снизилась до 31,69 %, но возросли затраты на машины и оборудование-с 23,73 до 26,92 %. Это объясняется наличием дополнительной технологической операции по внесению аммиака. Доля затрат на семена, ГСМ, живой труд при использовании удобрений снижалась.
При возделывании кукурузы (рис.22) без удобрений в структуре преобладают затраты на машины и оборудование (34,74%) и ГСМ (33,0 %). Применение фосфорно-калийных удобрений привело к росту доли энергетических затрат на машины и оборудование до 42,03 %. При внесении энергоемких азотных удобрений доля затрат на них достигла 44,17- 63,36%. Причем самая высокая доля затрат на эту статью при использовании аммиачной селитры. Доля затрат на машины и оборудование, семена, ГСМ, живой труд по мере возрастания дозы удобрений планомерно снижалась.
Применение всех видов, доз и форм удобрений энергетически оправдано, так как КЭЭ больше единицы. Энергетически более эффективной следует считать дозу азота 80кг/га.
Опыт № 2. Сравнительная агроэнергетическая оценка КАС и аммиачной селитры (табл. 40, 41). Выход общей энергии, тем больше, чем выше урожайность яровой пшеницы и кукурузы. Максимальной величины этот показатель достиг при использовании КАС в составе полного минерального удобрения -33,22ГДж/га у пшеницы и 80,10 ГДж/га у кукурузы. Так как внесение КАС требует дополнительной технологической операции, затраты на машины и оборудование, ГСМ, живой труд выше, чем при использовании аммиачной селитры. Несмотря на это, чистый энергетический доход при внесении жидкого удобрения выше на 0,19ГДж/га у пшеницы и 8,20 ГДж/га у кукурузы.
Таким образом, и агрономически и энергетически твердая и жидкая формы азотного тука равноценны при использовании под пшеницу. КЭЭ возделывания яровой пшеницы при использовании КАС -1,45, аммиачной селитры -1,46.
При возделывании кукурузы энергетически более оправдано применять жидкую форму - КАС, КЭЭ которой 4,26 против 3,95 у аммиачной селитры.
Большие затраты энергии, выраженные в физических машинах и оборудовании, объясняются тем, что при внесении безводного аммиака и КАС применяется специальная энергоемкая техника.
Высокие затраты труда являются следствием необходимости управления и обслуживания машин и агрегатов (в общие затраты включается труд как механизаторов, так и инженерно-технических работников и обслуживающего персонала).
Затраты на ГСМ приблизительно равны по всем сравниваемым вариантам и зависели от объема работ, связанных, в основном, с уборкой и транспортировкой дополнительной продукции в более урожайных вариантах.
