Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Роль органических и минеральных удобрений в питании растений 11
1.2. Применение органических удобрений в зоне Владимирского ополья .18
1.3. Навоз крупного рогатого скота . 24
1.4. Помет кур 25
1.5. Помет гусей .35
Глава 2. Условия и методы проведения исследований
2.1. Почвенно-климатические условия Владимирского ополья 39
2.2. Объекты исследований 45
2.3. Методика исследований 56
Глава 3. Влияние высоких доз органических удобрений на урожайность и химический состав возделываемых культур 64
Глава 4. Влияние систем удобрения на использование влаги, продуктивность культур звена севооборота, химический состав и вынос элементов питания полученной продукцией
4.1. Погодные условия периода исследований 75
4.2. Потребление влаги культурами севооборота
4.3. Продуктивность культур звена севооборота .87
4.4. Некоторые элементы структуры урожая зерновых культур севооборота 94
4.5. Химический состав и вынос основных элементов питания основной и побочной продукцией 99
4.6. Окупаемость систем удобрения сбором сырого белка зерновой продукции 109
Глава 5. Влияние систем удобрения на изменение агрохимических, химических и физико-химических свойств серой лесной почвы
5.1. Динамика минерального азота в серой лесной почве 112
5.2 Динамика подвижного фосфора в серой лесной почве 126
5.3. Динамика содержания обменного калия в серой лесной почве 129
5.4 Баланс и использование растениями основных элементов питания в зависимости от систем удобрения .133
5.5. Влияние систем удобрения на изменение содержания органического
вещества и групповой состав гумуса в серой лесной почве 145
5.6. Изменение физико-химических свойств серой лесной почвы .151
Глава 6. Экономическая эффективность удобрений при различных системах применения .156
Выводы 162
Предложения производству 166
Список работ, опубликованных по теме исследований 167
Список литературных источников
- Навоз крупного рогатого скота .
- Объекты исследований
- Потребление влаги культурами севооборота
- Баланс и использование растениями основных элементов питания в зависимости от систем удобрения
Навоз крупного рогатого скота .
Целью технологий возделывания сельскохозяйственных культур является максимальная реализация потенциала растений и получение экологически чистой продукции при высокой рентабельности производства (Сидоров, 2007). На серых лесных почвах Владимирского ополья получение высоких стабильных урожаев сельскохозяйственных культур и повышение уровня почвенного плодородия без использования минеральных и органических удобрений не представляется возможным (Никитишен, 1984; Окорков, 2012). На сегодняшний день известны только два наиболее приемлемые пути повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и воспроизводства почвенного плодородия: вещественный за счет оптимизации минерального питания растений и технологический, заключающийся в улучшении различных свойств почвы (Ермохин, 1995). Вопросы повышения эффективности минеральных и органических удобрений в последнее время приобретают все большую актуальность. На сегодняшний день практически все системы удобрения, применяемые в хозяйствах, основываются на совместном применении органических и минеральных удобрений (Новожилов, 2003; Мерзлая, 2006; Еськов, 2006; 2013). Соотношение компонентов в таких удобрениях может изменяться в очень широких пределах и зависит от множества факторов (культура, почва, погодно-климатические условия, экономические и технологические условия производства и т.д.).
От применения удобрений прибавки урожаев зерна в среднем достигают: для США 41%, Германии 50 %, а во Франции 50-70 %. Окупаемость 1 кг действующего вещества удобрений (д.в.) в странах Западной Европы составляет 7-10 кг зерна, а в Российской Федерации она варьирует в среднем от 3 до 4 кг. (Фосфоритование почв …, 1989). Причинами низкой окупаемости удобрений могут являться неблагоприятные почвенно-климатические условия. Дело в том, что значительная часть территории основных сельскохозяйственных районов Нечерноземной зоны нашей страны расположена на бедных дерново-подзолистых почвах в зоне недостатка тепла, а часто и нехватки влаги, то есть в зоне рискованного земледелия. Природно-биоклиматический потенциал почв России в 2,4-3,2 раза уступает уровню этого показателя большинства развитых стран Европы и Америки (Романенко и др., 1998).
По исследованиям В.Д. Панникова и В.Г. Минеева (1977; 1987), с помощью системы применения удобрений можно коренным образом улучшить пищевой режим почвы, создать оптимальный запас питательных веществ для получения высоких урожаев. Применяя научную систему агротехнических мероприятий, можно поддерживать на оптимальном уровне агрофизические свойства почвы, благоприятные условия для активного развития почвенной биоты, накопления усвояемой пищи в почве. Исследования (Минеев, 1990; Еськов, 2006; Комаров, 2008) показали, что недостаток любого из трех элементов питания (азота, фосфора и калия), особенно в первый месяц после появления всходов озимой пшеницы, отрицательно сказывался на числе колосков в колосе и цветков в них. Многочисленными исследованиями также установлено, что получить максимальный, генетически обусловленный уровень урожайности даже на высокоокультуренных почвах можно только при направленном регулировании питания растений с учетом законов формирования урожая и агротехнических мероприятий для определенной культуры. Д.Н. Прянишников (1940) отмечал, что действие удобрений наиболее интенсивно проявлялось в условиях высокой агротехники, где даже применение относительно небольших доз способно показать высокую эффективность. В то же время, по мнению Н.П. Панова (2014) и В.Н. Босак (2008), доля естественных свойств почв в формировании урожайности сельскохозяйственных культур составляет около 30 % и в значительной степени зависит от уровня интенсификации. Так, для получения каждых 10 т зерна озимых культур вклад от использования органических удобрений составляет 11 %, минеральных - 33 % и от уровня плодородия почвы - 56 %. Для яровых зерновых культур доля влияния на формирование каждых 10 т зерна составляет для органических удобрений 7 %; минеральных 39 % и почвенного плодородия 54 %.
Совершенно очевидным является тот факт, что на урожайность и качество растениеводческой продукции, равно как и на эффективность действия удобрений, влияет комплекс факторов (Панников В.Д., Минеев В.Г., 1987). Важнейшими из них являются почвенно-климатические условия, уровень плодородия почвы. На сегодняшний день в мире не существует полноценных приемов регулирования энергии солнца (ФАР) и погоды, приемлемых для сельскохозяйственного производства. Различными приемами мелиорации и искусственного освещения можно добиться существенных результатов, однако остаются актуальными вопросы повышения почвенного плодородия.
Среди факторов, повышающих урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов в условиях Нечерноземной зоны России, на долю известковых, минеральных и органических удобрений приходится 65-75%, на долю средств защиты растений, обработок почвы и сортов – 25-35 %. Поэтому радикально повысить продуктивность земледелия можно только путем его интенсификации. В зависимости от погодных условий прибавки только от применения органических и минеральных удобрений на серых лесных почвах могут достигать 50-70% (Фенова, 2011).
Использование органических и минеральных удобрений дает возможность обеспечить потребности растений во всех необходимых элементах питания и, в первую очередь, в критические периоды развития растений. Так, в направлении повышения степени кущения яровых зерновых культур благотворно влияет улучшение питания молодых растений азотом и фосфором. Результаты опытов, проведенных как в Западной Европе, так и в нашей стране, свидетельствуют о ведущей роли азотных удобрений в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур (Найдин, 1956; Вилесов, Тюменцев, 1961; Прянишников, 1963; Любарская, 1964; Турчин, 1965; Эллисон, 1968; Петербургский, 1970; Панников, Минеев, 1977, 1987; Синягин, 1980; Касатиков, 1983; Минеев, 1980, 1988, 1990; Романенко, Тютюников, Сычев, 1998; Шафран, Сычев 2013). В странах Западной Европы это наблюдалось на фоне хорошей обеспеченности фосфором и калием (Еремин, 1969).
Объекты исследований
На формирование 1 т зерна ячменя на серых лесных почвах потребляется примерно 28 кг азота и 22 кг калия. Вынос элементов питания зависит от систем удобрения. На удобренных одинарной и двойной дозами NРК делянках по последействию навоза (40–80 т/га за 8-польный севооборот) и извести в сравнении с контролем на создание 1 т основной продукции ячменя потребность в азоте увеличивалась в 1,03–1,25 раза (Окорков, 2006; Фенова, 2011). Аналогичная закономерность при формировании урожая ячменя наблюдалась и в потреблении калия. Вынос фосфора 1 т урожая ячменя не зависел от применяемых систем удобрений и колебался в пределах 11,3–11,9 кг/га.
Кущение является важным этапом в формировании урожая. В этот период не только закладываются побеги кущения, от числа которых зависит густота стеблестоя, но и идет формирование элементов продуктивности колоса, колосков и зерен. Чем благоприятнее и продолжительнее период кущения, тем крупнее закладывается колос.
При формировании высокоурожайного посева ячменя нужно обеспечить к уборке порядка 400–500 шт. растений на 1 м2 при числе продуктивных стеблей 1,5-2,0 на растение. Этого достигают при соблюдении посевной нормы, глубины заделки семян, равномерном внесении удобрений. Вегетационный период ячменя колеблется в широких пределах в зависимости от сорта и условий возделывания. Раннеспелые сорта ярового ячменя созревают в течение 53–60 дней, а позднеспелые – 100–120 дней.
Биологические особенности овса. Зерно овса – незаменимый концентрированный корм для лошадей и молодняка других видов скота, а также для птицы. Высокое содержание в зерне овса белка (12-13%), крахмала (40-45%) и жира (в среднем 4,5%) определяют его пищевое и кормовое достоинство. Овсяная солома и мякина, идущие на корм животным, по питательным свойствам более ценны, чем солома и мякина других зерновых культур. Овес в смеси с викой – лучшая культура для посева в занятом пару. Овес растение умеренного климата. Семена его начинают прорастать при температуре 1-2 оС. В период всходов и кущения предпочтительна прохладная погода (15-18 оС). Всходы хорошо переносят кратковременные весенние заморозки в 7-8 оС. По мере развития растений устойчивость их к низким температурам ослабевает, и во время цветения заморозки 2 оС губительны. В период налива овес менее чувствителен к холоду, и зерно его нормально переносит заморозки до 4-5 оС.
За период вегетации сумма активных температур для раннеспелых сортов овса колеблется в пределах 1000-1500 оС, для среднеспелых - 1350-1650 оС и для позднеспелых -1500-1800 оС. Овес благодаря быстро развивающейся корневой системе меньше страдает от весенних засух, чем яровая пшеница и ячмень. Высокие температуры и летние воздушные засухи он переносит хуже яровой пшеницы и ячменя. Овес - влаголюбивое растение. Пленчатое зерно его требует для набухания больше влаги, чем зерно голозерных культур. Овес при этом поглощает 65 % воды от массы зерна (ячмень 50 % и пшеница 45 %). Критическим периодом в потреблении влаги считается период от выхода растений в трубку до выметывания. Особенно чувствителен овес к недостатку почвенной влаги за 10-15 дней до выметывания. Наивысшие урожаи овес дает во влажные годы с осадками в первой половине лета. Дождливая погода во второй половине лета в северных районах вызывает образование подгона и сильно затягивает период вегетации. К почвам овес менее требователен, чем другие яровые хлеба, так как хорошо развитая корневая система обладает высокой усвояющей способностью. Она развивается на глубину до 120 см и способна извлекать питательные вещества из труднорастворимых соединений почвы. Овес может произрастать на супесчаных, суглинистых, глинистых и торфяных почвах. Для него пригодны более тяжелые связные почвы, содержащие много питательных веществ хотя бы в труднорастворимой форме. Он лучше других зерновых культур удается на кислых почвах (рН 5-6) и хорошо – на осушенных торфяниках. В то же время он хорошо отзывается на известкование кислых дерново-подзолистых почв.
Период вегетации овса 100-120 дней. В средней полосе Российской Федерации повсеместно распространен сорт «Астор». Он завезен из Голландии; среднеспелый, высокоурожайный, устойчив к полеганию, среднеустойчив к корончатой ржавчине.
Овес считают нетребовательным к условиям произрастания, так как он хорошо использует последействие ранее внесенных под предшествующие культуры удобрений. Но овес хорошо отзывается на агротехнику, улучшение условий питания, на серых лесных почвах Ополья обеспечивает урожаи до 50-60 ц/га зерна и выше. В полевых севооборотах эта культура обычно замыкает ротацию, высевается по средним и плохим предшественникам и дает хорошие прибавки, как от основного, так и рядкового удобрения.
Обычно овес лучше размещать после пропашных или зерновых бобовых культур. Высокие урожаи овес дает при размещении его после озимых культур, посеянных по удобренным парам. Очень ценные предшественники для овса в Нечерноземной зоне – картофель и лен-долгунец. Его не рекомендуется высевать после свеклы, так как это ведет к распространению нематоды - общего для этих культур вредителя. Овес плохо удается при возделывании два года подряд на одном и том же поле.
При формировании высокоурожайного посева овса нужно обеспечить к уборке порядка 350-400 растений на 1 м2 при кустистости 1,5-1,8 продуктивных стеблей на растение. Этого достигают при соблюдении нормы высева, глубины заделки семян, равномерном внесении удобрений. Для овса характерен длительный период поглощения питательных веществ.
Потребление влаги культурами севооборота
Содержание К2О в зерне ячменя варьировало от 0,60 до 0,71 %, слабо зависело от систем удобрения. На его содержание в зерне большое влияние оказал эффект разбавления. В соломе концентрация К2О увеличивалась с ростом уровня интенсификации при применении минеральных и сочетании минеральных удобрений с навозом КРС и пометом кур. Очевидно, в гусином помете на опилочной подстилке подвижность калия была наиболее низкой, чем в других органических удобрениях. Эффект разбавления влиял и на концентрацию К2О и в соломе.
Замечено, что в 2013 году содержание нитратов в зерне ячменя в вариантах с применением минеральных удобрений снижалось относительно контроля, а в соломе - наоборот возрастало (табл. 33). Сочетание органических удобрений с минеральными снижало содержание нитратного азота в зерне и соломе ячменя против вариантов применения одних органических удобрений. Наибольшее накопление нитратов в соломе отмечено в вариантах с применением двойной дозы полного минерального удобрения и помета кур. На данный факт оказали влияние погодные условия текущего года, при которых ввиду недостатка влаги и азота в период формирования зерна потребление N растениями из почвы было ослаблено. Поэтому наблюдалось более интенсивное передвижение азота, в том числе и нитратов, из соломы в зерно при органоминеральных системах удобрения. На содержание нитратов в соломе ячменя оказали влияние и эффекты разбавления.
В 2013 году в посевах ячменя отмечено увеличение выноса элементов питания основной и побочной продукцией с повышением уровня применения минеральных и органических удобрений. Установлен наибольший вынос их в вариантах применения двойной дозы минеральных удобрений и сочетания полной дозы навоза КРС и минеральных удобрений (табл. 34).
Наибольший суммарный вынос элементов питания основной и побочной продукцией выявлен в варианте с внесением полной дозы навоза КРС на фоне полного минерального удобрения и двойной дозы минерального удобрения (табл. 35). В случае внесения двойной дозы NРК это обусловлено высокими степенью непродуктивного кущения и отношением соломы к зерну, т.е. в данном случае наблюдалось увеличение доли соломы относительно зерна. В результате этого возрастал расход пластических веществ на увеличение вегетативной массы, а не на рост урожайности зерна.
Показатели выноса элементов питания с органоминеральными удобрениями выше, чем при использовании одинарной дозы NРК или только органических удобрений, что подтверждается и величиной урожайности.
В вариантах применения двойной дозы NРК и навоза КРС наблюдался более высокий вынос азота, фосфора и калия на создание 1 т основной продукции с учетом побочной (табл. 35). При сочетании помета кур и гусей с минеральными удобрениями удельный вынос (кг/т) всех элементов питания был самым низким: 32,9 … 35,1 кг/т по азоту; 23,0 … 25,7 кг/т по фосфору и 27,0 … 29,5 кг/т по калию. В контрольном варианте эти величины составили 39,0; 27,4 и 33,1 кг/т соответственно.
Таким образом, содержание сырого белка и азота в зерне ячменя возрастало с повышением уровня применения органических и минеральных удобрений, а содержание нитратов в нем было на порядок ниже ПДК. Накопление нитратов соломой было наибольшим при использовании помета кур и применении двойной дозы NРК.
Данными табл. 36 подтверждено влияние исследуемых систем удобрения на химический состав зерна и соломы овса. Установлено, что содержание азота в зерне и соломе овса увеличивалось с ростом уровня применения удобрений. Содержание Р2О5 в зерне овса в малой степени варьировало от систем удобрения. В вариантах применения навоза КРС и помета гусей наблюдали небольшое повышение содержания Р2О5 из-за эффекта разбавления в вариантах их сочетания с NРК и NК. В соломе овса наиболее низкая концентрация Р2О5 установлена в вариантах применения двойной дозы NРК (0,48 %), сочетания навоза КРС с NРК (0,45 %) и помета кур с NК (0,50 %). В остальных удобренных вариантах содержание Р2О5 в соломе варьировало от 0,54 до 0,69 %. Очевидно, одна из причин варьирования Р2О5 в соломе овса эффект разбавления и различия в степени созревания культуры из-за относительно позднего появления подгона (общая степень кущения варьировала от 2,7 до 3,9; табл. 29).
На содержание нитратов в зерне и соломе овса определяющее повышающее влияние оказали дозы применения минеральных и органических удобрений. Особенно много нитратов в соломе овса накапливалось при применении двойной дозы NРК (2 840 мг/кг, что почти в 3 раза превышало ПДК их в кормах). Концентрация нитратов в зерне овса была на порядок ниже ПДК.
С ростом доз удобрений увеличивался и вынос основных элементов питания растений. Из почвы зерновыми культурами больше всего выносилось калия (табл. 37). Исследования показали, что вынос калия с соломой овса составлял от 85,3 % на контроле (от общего выноса калия зерном и соломой) до 89,7 % при использовании помета кур.
Применение всех удобрений увеличивало вынос азота основной и побочной продукцией овса. Наибольшие показатели выноса отмечены в варианте с применением двойной дозы NРК (табл. 38). Несколько меньшим он был в варианте сочетания одинарных доз навоза КРС и NРК. При последействии всех органических удобрений вынос азота основной и побочной продукцией овса колебался в пределах 114–120 кг/га, что на 14–20 кг/га выше, чем в контрольном варианте. При сочетании органических удобрений с минеральными общий вынос азота достигал 160–176 кг/га.
Баланс и использование растениями основных элементов питания в зависимости от систем удобрения
Повышение содержания ОВ от применения органических удобрений общеизвестно. 1 т навоза КРС может увеличивать содержание гумуса на 50 – 60 кг (Попов и др., 1988). Поэтому применение полной нормы всех видов органических удобрений повышало содержание ОВ против исходного на 0,05–0,10 %. Наибольший прирост ОВ наблюдали при применении гусиного опилочного помета (0,10 %). Доза его внесения (т/га) была почти в 2 раза более высокой, чем навоза КРС и помета кур.
Совместное использование полных норм органических удобрений с азотно-фосфорно-калийными и азотно-калийными удобрениями вело к дальнейшему увеличению содержания ОВ (на 0,08–0,13 % относительно исходного). В этих вариантах повышение содержания ОВ было максимальным. Снижение дозы органических удобрений при органоминеральных системах удобрения в два раза вело к уменьшению содержания ОВ на 0,03–0,04 % относительно органоминеральных систем с полными дозами органических удобрений.
Таким образом, одни минеральные удобрения, вносимые в дозах N40Р40К40, не обеспечивали бездефицитного баланса органического вещества. При органических и органоминеральных системах удобрения он был положительным. Максимальное увеличение ОВ на 0,08-0,13 % наблюдалось при органоминеральных системах при сочетании полных норм органических удобрений с минеральными.
Для изучения группового состава органического вещества использовали образцы серых лесных почв, отобранные из слоя 0-20 см. Метод выделения гумусовых соединений – пирофосфатный по методу Кононовой-Бельчиковой (Кауричев, 1980).
Групповой анализ ОВ показал, что в его составе преобладают гуминовые кислоты над фульвокислотами, что характеризует его типовой состав как фульватно-гуматный или даже гуматный (табл. 60).
Доля гуминовых кислот от содержания органического вещества варьировала от 30,6 до 40,2 %. На контроле она составила 37,7 %. Применение одинарной дозы NРК практически не изменяло ее (37,1 %), а двойной дозы NРК снизило до 33,3 %.
При использовании одних органических удобрений процент гуминовых кислот колебался от 35,6 (навоз КРС) до 37,5 % (помет кур) и 40,2 % (помет гусей). Добавление к ним полного минерального удобрения или азотно-калийного снижало их долю соответственно до 30,6; 31,6 и 37,5 %. Уменьшение дозы органических удобрений в органоминеральных системах в 2 раза снова вело к повышению процента гуминовых соединений: для навоза КРС с 30,6 до 36,6 %, для помета кур с 31,6 до 36,4 %. Следовательно, относительная доля гуминовых кислот снижается с увеличением доз азота как минеральных, так и органических соединений.
Доля фульвокислот от содержания ОВ колебалась в пределах 13,1 … 20,6 %. Она возрастала с увеличением дозы применения полного минерального удобрения от одинарной (13,1 %) до двойной (17,4 %); от одних органических систем удобрения к органоминеральным. Причем, при органоминеральных системах с меньшей дозой навоза КРС и помета кур она не уступала вариантам сочетания полных доз органических удобрений с минеральными. Это указывает на возможность влияния на подвижность гумуса взаимодействия азота минеральных и органических соединений, а также других факторов.
Доля не извлекаемого гумуса (гуминов) от общего содержания ОВ в почве варьировала от 42,8 до 51,5 %. Наиболее низкой она была в вариантах сочетания половинных доз навоза КРС и помета кур с NРК и вариантах с гусиным пометом (43,6–44,1), наиболее высокой - в вариантах сочетания полных доз навоза КРС с NРК (50,7 %) и помета кур с NК удобрениями (51,2 %).
Разное влияние систем удобрений, очевидно, должно сказаться, в конечном счете, и на соотношении извлекаемых пирофосфатом гуминовых и фульвосоединений. В опыте № 2 отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот варьировало от 1,64 до 2,84. Наиболее высоким оно было в варианте применения одинарной дозы NРК (2,84), более низким при сочетании навоза КРС с минеральными удобрениями (1,64–1,78). Заметно снизилось оно при применении двойной дозы NРК (с 2,47 на контроле до 1,92), сочетании 29 т/га помета кур и 50 т/га помета гусей с азотно-калийными удобрениями (до 1,84-1,98).
В работе Окоркова В.В. (2006) установлено, что одним из факторов, повышающих отношение Сг-к/Сф-к, является применение умеренных доз азотных удобрений. В этом случае питание культур азотом минеральных удобрений более значимо снижает минерализацию гуминовых соединений почвы, участвующих в их питании азотом, против вариантов без внесения удобрений.
Значительно могло повлиять на подвижность гумуса также применение азота и калия органических и минеральных удобрений (табл. 61). Включение азота в гумусовые соединения повышает их основные свойства и подвижность в кислой среде. Вытеснение и замена обменных кальция и магния на калий тоже способно повышать подвижность гумуса почвы.