Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Эффективность применения минеральных удобрений под зерновые культуры. Особенность питания и удобрения сортов зерновых культур 8
Глава 2. Условия и методика проведения исследований.
2.1. Природно-климатические условия... 31
2.2. Характеристика почвы опытного участка 35
2.3. Условия возделывания яровой пшеницы 38
2.4. Методика проведения исследований 42
Глава 3. Влияние способов обработки почвы и применения минеральных удобрений на продуктивность яровой пшеницы сорта Волгоуральская 46
3.1. Питательный режим почвы 47
3.2. Структура урожая 51
3.3. Эффективность удобрения яровой пшеницы при различных способах обработки почвы 53
Глава 4. Влияние различных доз удобрений и способов обработки почвы на урожайность мягких и твёрдых сортов яровой пшеницы 59
Глава 5. Качество урожая яровой пшеницы 83
5.1. Влияние удобрений и способов обработки почвы на качество урожая сортов яровой пшеницы 83
5.2. Влияние минеральных удобрений на поступление тяжёлых металлов в растения яровой пшеницы 93
Глава 6. Экономическая и биоэнергетическая эффективность удобрений и приёмов обработки почвы 98
Выводы 113
Рекомендации производству 115
Список использованной литературы 117
Приложение... 146
- Эффективность применения минеральных удобрений под зерновые культуры. Особенность питания и удобрения сортов зерновых культур
- Характеристика почвы опытного участка
- Эффективность удобрения яровой пшеницы при различных способах обработки почвы
- Влияние различных доз удобрений и способов обработки почвы на урожайность мягких и твёрдых сортов яровой пшеницы
Введение к работе
Актуальность. В системе мер, направленных на решение задачи устойчивого развития сельскохозяйственного производства, важное место принадлежит химизации земледелия, ресурсосбережению, возделыванию сортов, сочетающих высокую продуктивность с отзывчивостью на улучшение условий роста и развития растений.
Природные условия Самарской области, несмотря на ярко выраженную контрастность, широкую зональность, в целом благоприятны для ведения интенсивного сельскохозяйственного производства.
В экстенсивном земледелии, основанном на минимальных вложениях в землю, в максимальной степени используются почвенно-климатические ресурсы, т.е. формирование урожаев в огромной степени построено на использовании естественного плодородия почвы и её интенсивной обработке, приводящие к необратимым потерям питательного почвенного потенциала. При интенсивном земледелии в отличие от экстенсивного лишь 10% урожая формируется за счёт естественного плодородия почв. Это можно объяснить тем, что оптимизация питания сельскохозяйственных культур, создаваемая при интенсификации, смягчает влияние климатических условий на продуктивность культур, уменьшает роль адекватной обработки почвы, вместе с тем резко возрастает роль удобрений. Если добавить к этому ещё и интенсивные сорта, и семена высокой кондиции, то 65-70% урожая определяется именно этими факторами.
Однако в последнее десятилетие среднегодовые объёмы агрохимических работ сократились в 10 и более раз против достигнутых в 1986-1990 гг. Например, в прошедшем году применение минеральных
удобрении под основные сельскохозяйственные культуры, по сравнению с 1990 годом, в Самарской области уменьшилось в 10 раз, применение органических удобрений сократилось в 25 раз. Вынос же питательных веществ из почвы с урожаями ежегодно превышает их поступление с минеральными и органическими удобрениями в 5 и более раз, т.е. возмещение выноса составляет не более 20%.
Поэтому вопросы улучшения состояния плодородия почв, динамики его изменения, влияния средств химизации на плодородие почв и отзывчивость культурных растений весьма актуальны и своевременны.
В новых экономических условиях особое место занимает разработка комплексных мер повышения урожайности ценнейшей продовольственной культуры - яровой пшеницы. Возделываемые в регионе сорта и применяемые технологии обеспечивают получение в производственных условиях Самарской области 15-18 ц/га зерна яровой пшеницы. Для удовлетворения потребностей населения необходимо повысить продуктивность культуры до 20-25 ц зерна с 1 гектара пашни.
Весьма актуальным в исследованиях является переход на менее затратные технологии возделывания яровой пшеницы, изучение влияния сорта на использование питательных веществ удобрений в условиях уменьшения кратности и интенсивности обработки почвы, ресурсов влаги, влияния современного сельскохозяйственного производства на плодородие почвы.
Цель и задачи исследований. Цель исследований состояла в изучении взаимодействия удобрений, обработки почвы и сорта при выращивании стабильных урожаев яровой пшеницы по технологиям, обеспечиваю-
щим наиболее полное использование биоклиматических ресурсов, факторов интенсификации производства и экологическую безопасность земледелия.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
определить эффективность минеральных удобрений при различных способах обработки почвы и прямом посеве яровой пшеницы.
провести сравнительную оценку отзывчивости сортов яровой пшеницы на внесение различных доз минеральных удобрений.
- изучить комплексное влияние удобрений, обработки почвы на
формирование урожая и качества зерна различных сортов яровой пшеницы
в Среднем Заволжье.
- определить экономическую и биоэнергетическую эффективность различных доз минеральных удобрений под яровую пшеницу в зависимости от способов обработки почвы и сорта.
Новизна работы. Впервые на основе многофакторных опытов установлена эффективность удобрений в зависимости от сорта, обработки почвы и при различном их сочетании; выявлены агрохимически эффективные сорта, позволяющие повысить оплату питательных веществ удобрений в условиях Среднего Заволжья; установлена возможность сохранения продуктивности культуры в ресурсосберегающих технологиях при уменьшении интенсивности и кратности обработки почвы; обоснована экономическая эффективность возделывания сортов нового морфотипа (Тулайков-ская 10 и Гордеиформе 1680) в условиях региона по результатам оценки прибыли на каждый гектар в диапазоне 1100-1617 руб/га.
Практическая значимость. Результаты исследований являются теоретической и практической основой для разработки приёмов эффективного и безопасного применения удобрений с целью сохранения плодородия чернозёмов, роста продуктивности, качества яровой пшеницы и улучшения экологии агроценозов.
По результатам полученных материалов представляется возможным:
применять научно - обоснованные критерии расчётов при разработке прогнозов уровня плодородия почв и урожайности сортов яровой пшеницы на ближайший период и перспективу;
рекомендовать наиболее оптимальные экономически эффективные обработки почвы, дозы внесения удобрений с учётом агрохимических особенностей чернозёмных почв области и сортов яровой гапеницы.
Эффективность применения минеральных удобрений под зерновые культуры. Особенность питания и удобрения сортов зерновых культур
Человечество с давних времен уделяло большое внимание изучению природы и жизни растений. Некоторые практические вопросы природопользования и удобрений были известны еще в Древнем Египте и Римской империи. Изучение почв и её роль в жизни растений не теряет своего первостепенного значения и в современном мире. Физиология растений и агрономическая химия за двухсотлетний период времени накопили большое количество экспериментального материала в области питания растений. Развитие методов исследования, появление новых методологий позволяют глубже проникать в процессы жизнедеятельности растений. Как показала многовековая практика ведения сельскохозяйственного производства, плодородная почва обеспечивает произрастание на ней растений необходимыми условиями для получения высоких урожаев. Одновременно растение предъявляет к почве, как среде обитания, из которой получает необходимые питательные вещества, воду, кислород для дыхания корней, ряд определенных требований, от сочетания которых зависит рост, величина и качество урожая (Гедройц, 1975).
Высоко оценивая роль удобрений, Д.Н. Прянишников писал: «Отнимите минеральные удобрения и урожаи упадут, как упали, например, в Германии, когда химическая промышленность стала готовить вместо удобрений взрывчатые вещества» (Избр. соч., т. 2, 1953, с. 46).
За вековую историю России урожайность зерна с 1913 по 2000 годы возросла всего в 2 раза, составив 12-15 ц/га, в странах Европы она достигла уровня 60-80 ц/га, что в 3-4 раза больше, чем в начале XX века. В 1913 году сельское хозяйство России применило 924 тыс. тонн питательных веществ, примерно столько же и в 2001 году (Войтович и др., 2002).
Ошибочно было бы не учитывать в развитии зернового хозяйства России экономических условий, в соответствии с которыми базируются механизмы функционирования производства зерна при наличии технических средств, районирования новых сортов и технологий повышения плодородия почв, неотъемлемой частью которых является рациональное применение удобрений. Удобрения — один из самых быстродействующих агротехнических приемов. Затраты на их применение при благоприятных условиях окупаются в течение одного сельскохозяйственного года.
Однако в последние годы в сельском хозяйстве России сложилась критическая ситуация с обеспечением удобрениями. Если в 1988 году при наивысшем производстве и применении минеральных удобрений сельское хозяйство получило 14,2 млн. тонн питательных веществ, то в 2003 году поступление минеральных удобрений сократилось в 14 раз, составив всего около 1 млн. тонн. Все это привело к свертыванию работ по повышению плодородия почв. Обострившиеся в 90-е годы кризисные явления в сельском хозяйстве, резко снизили продуктивность пашни, урожайность культур, эффективность зернового хозяйства. Из-за недостатка материальных и энергетических ресурсов упрощаются технологии, сокращаются интенсивность и кратность обработок почвы, объёмы применения удобрений. Урожайность зерновых культур снизилась до 12-15 ц/га (в отдельные годы до 8-9 ц/га).
В этих условиях появилась необходимость пересмотра всей системы земледелия, основанной на интенсификации производства. Во главу угла были поставлены экономические критерии эффективности производства, получения конкурентоспособной продукции. В связи с этим появилась необходимость разработки технологий возделывания культур, позволяющих нейтрализовать негативные явления, возникающие в растениеводстве из-за экстенсивности производства, повысить урожайность и качество продукции с учётом ресурсосбережения. Ведущими факторами решения проблемы в настоящее время являются удобрения, энергоресурсосберегающие системы обработки почвы и сорта с высоким потенциалом продуктивности, пластичные по отношению к внешним условиям, с высокой отзывчивостью на применение удобрений. В последние два года в хозяйствах Поволжья стабилизировалось применение минеральных удобрений, районированы новые высокоурожайные сорта зерновых культур, внедряются ресурсосберегающие технологии, позволяющие повысить рентабельность зернового хозяйства. Всё это создает реальные условия для повышения урожайности возделываемой культуры, окупаемости удобрений, разработки экономически эффективных технологий в регионе.
Важнейшие продовольственные культуры - озимая и яровая пшеница возделываются на больших площадях по интенсивным технологиям. Природно-климатические условия Среднего Поволжья позволяют на протяжений многих лет получать зерно соответствующего качества, предъявляемого к сильным и твёрдым пшеницам. По данным научно-исследовательских учреждений Поволжья, передовых хозяйств зоны среднемноголетние прибавки урожая зерновых культур от применения удобрений составляют по озимой пшенице — 5-6 ц/га, яровой пшенице - 4-5 ц/га, ячменю - 8-12 ц/га.
Необходимо отметить научную и практическую значимость работ по обобщению результатов длительных стационарных опытов, проводимых в нашей стране и за рубежом. И. С. Шатилов (1970) указывал на важность таких исследований, подчеркивая, что результаты этих опытов послужат основой для обоснования гарантированных урожаев. Под редакцией П.Г. Найдина и В.Д. Панникова с 1960 по 1985 гг. опубликованы восемь тематических сборников «Влияние длительного применения удобрений на плодородие почвы и продуктивность севооборотов» (цит. по А.П. Чичкину, 2001, с. 8). В.Е. Егоров (1963), а затем Б.А. Доспехов (1972) изложили результаты уникального 240-вариантного стационарного опыта ТСХА. Обстоятельные обзоры длительных полевых опытов с удобрениями за рубежом сделаны Л.С. Любарской (1964, 1970, 1974), в нашей стране - ПС. Лишенной (1990).
Характеристика почвы опытного участка
В Среднем Заволжье 19% почв приходится на черноземы обыкновенные. Они характеризуются средней обеспеченностью гумусом (4,7%), средней обеспеченностью подвижным фосфором (96 мг/кг почвы), высоким содержанием обменного калия (141 мг/кг почвы) и нейтральной реакцией почвенного раствора (рН 6,7). Строение рельефа и изменения климатических факторов обусловили почвообразование опытного участка. Почва - чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый малогумус-ный среднемощный типичный для черноземной степи Среднего Заволжья. Почвообразующая порода - лессовидный суглинок буровато-желтого цвета. Глубина залегания грунтовых вод - 12-14 м. Перед закладкой опыта были сделаны почвенные разрезы. Одновременно с описанием почвенных разрезов отобраны образцы для определения афохимических показателей плодородия чернозема обыкновенного. Чернозёмные почвы области незначительно отличаются по таким агрохимическим показателям, как гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями (табл. 2.2.1). Химический состав почвы характеризуется относительно равномерным распределением фосфора и калия по профилю. Количество подвижного фосфора и калия по профилю согласуется с содержанием валовых форм этих элементов питания. В пахотном слое почвы содержание Р2О5 и КгО составило 127 и 210 мг/кг почвы соответственно, что характеризует её как среднеобеспеченную подвижным фосфором и высокообеспеченную обменным калием. Содержание гумуса уменьшается по профилю с 4,61% в горизонте Ai до 1,58% в горизонте ВСса.
Степень насыщенности основаниями равна 95,6 - 98,3%, показатель рН солевой вытяжки пахотного слоя равен 6,7. Водно-физические свойства чернозема обыкновенного изменяются с глубиной постепенно, особенно важные для условий произрастания растений показатели: полная и наименьшая влагоемкость (табл. 2.2.2). Наименьшая влагоемкость почвы участка составляет: для верхних горизонтов почвы - 27-28%; в метровом слое - в среднем 25%; на глубине до 2 м снижается до 21% от массы абсолютно-сухой почвы. Влажность завядания для метрового слоя равна 9,4%. Запас воды в слое 0-100 см при наименьшей полевой влагоемкости составляет 3360 м , в том числе доступной растениям - 2190 м . Яровая пшеница - главная зерновая культура Поволжского региона. Её посевы в хозяйствах областей зоны занимают около 46% ярового зернового клина. Удельный вес в валовом сборе зерна составляет до 49% (Сатаров, 1999).
В Самарской области из 2,8 млн. га пашни зерновой клин занимает 1,7 млн. га, или 60%, в том числе яровая пшеница - около 400 тыс. га, что составляет 23,5% площадей посева зерновых культур, являясь наиболее распространённой продовольственной зерновой культурой. Наиболее высокие урожаи в Самарской области были получены в хозяйствах Ставропольского, Безенчукского, Приволжского районов в орошаемых условиях. В совхозе «Белозерский» было получено по 50 ц/га зерна яровой пшеницы. Более 45 ц/га зерна выращивали совхозы «Купин-ский», «Приволжье», «Солнечный». Яровая пшеница предъявляет высокие требования к плодородию почвы, достаточной увлажненности и культуре земледелия. Уровень обеспеченности питательными веществами в почве оказывает существенное влияние на рост и развитие растений, в конечном итоге на урожай и качество зерна. Объясняется это тем, что потребление питательных веществ из почвы у яровой пшеницы начинается сразу же после использования запасов семени. Период интенсивного поступления азота, фосфора и калия начинается с первых дней её вегетации. До колошения она потребляет 65-75% всего количества азота и фосфора, поэтому сильно реагирует на внесение удобрений, содержащих эти элементы питания. Период повышенной потребности в калии растянут по фазам вегетации, поэтому яровая пшеница слабо страдает от недостатка калия.
Эффективность удобрения яровой пшеницы при различных способах обработки почвы
Многолетними исследованиями Самарского НИИСХ, практикой передовых хозяйств установлена перспективность перехода на современные ресурсосберегающие технологии возделывания яровой пшеницы. Согласно данным В.А. Корчагина (1999), уменьшение интенсивности и кратности обработки почвы, энергетических и трудовых затрат не ухудшало агрофизические и биологические свойства, повышало аккумуляцию осенне-зимних запасов влаги в почве.
В этих условиях лимитирующим продуктивность фактором выступала обеспечеігаость растений питательными веществами. Однако уровень урожая культуры, прирост продуктивности, оплата питательных веществ удобрений находились в тесной зависимости от способов обработки почвы, видов и доз удобрений.
В наших исследованиях (табл. 3.3.1) урожай зерна яровой пшеницы Волгоуральская в основном зависел от уровня минерального питания. В разные по влагообеспеченности посевов годы внесение минеральных удобрений при мелкой обработке почвы (ресурсосберегающая технология), создание мульчированного верхнего слоя способствовало сохранению почвенной влаги, тем самым позволило получить на удобренных вариантах достаточно высокую прибавку урожая зерна, примерно равную в аналогичных вариантах по фону вспашка. Прибавка урожая зерна яровой пшеницы в разные годы по фону вспашка от внесения средних доз минеральных удобрений N jPajK o колебалась от 3,5 до 6,2 ц/га при урожайности на неудобренном варианте 14-18 ц/га. В условиях мелкой обработки почвы эти дозы удобрений позволили получить прибавку зерна порядка 4,3-5,6 ц/га при величине урожайности на варианте без удобрений порядка 12-17 ц/га. Природно-климатические ресурсы более слабо были использованы при второй ресурсосберегающей технологии - прямом посеве. На неудобренном варианте в среднеувлажненном 1999 году яровая пшеница дала 15,5 центнеров зерна с гектара, в острозасушливый 2000 год - лишь 11 ц/га.
В среднем за 3 года исследований на варианте без удобрений урожай яровой пшеницы составил 13,2-15,7 ц/га. Практически в равной степени почвенно-климатические ресурсы использованы посевами как по вспашке на 23-25 см, так и по мелкой обработке почвы на 12-14 см. Урожай зерна на 2,1-2,5 ц/га превысил продуктивность культуры при прямом посеве. Внесение фосфорно-каггийных удобрений позволило получить в среднем: при прямом посеве - 14,3 ц/га зерна, по вспашке - 16,7 ц/га, мелкой обработке - 17,2 ц/га. Прибавка урожая зерна по фону мелкой обработки почвы на 2,9 ц/га была выше, чем при прямом посеве, и на 0,5 ц/га превосходила урожайность по фону вспашка.
Наиболее эффективным было применение азотных удобрений. Внесение дозы N3o по фосфорно-калийному фону увеличило урожайность зерна в сравнении с контролем на 2,7 ц/га по фону вспашка, на 4,2 ц/га по мелкой обработке почвы, по прямому посеву — на 3,0 ц/га. Также было эффективно применение азота в дозе 60 кг/га. Прибавка урожая зерна соответственно составила 4,6 ц/га, 5,1 ц/га и 4,2 ц/га.
В опыте установлено изменение эффективности удобрений под влиянием разных способов обработки почвы. Вспашка вовлекает в биологический круговорот большее количество почвы, элементов питания вследствие чего уровень урожаев по этому фону выше, лучше используется почвенное плодородие. При мелкой обработке почвы и прямом посеве питательные вещества удобрений сконцентрированы в верхних слоях почвы, где размещена основная масса корневой системы, они лучше используются растениями, возрастает эффективность их использования в сравнении со вспашкой. При внесении ЫбоРбоКю прибавка урожая по вспашке составила 4,6 ц/га, по мелкой обработке - 5,1 ц/га, что позволило получить близкую по величине урожайность яровой пшеницы Волгоуральская порядка 20 ц/га по анализируемым вариантам обработки почвы.
Анализ экспериментальных данных свидетельствуют о более высокой окупаемости удобрений при внесении их по мелкой обработке почвы (Рис. 3.3.1) . Так, если 1 кг д.в. NPK по глубокой вспашке обеспечил получение дополнительно 1,80-2,55 кг зерна, то по мелкой обработке - 2,80-2,83 кг. При прямом посеве окупаемость NPK - удобрений несколько выше от применения N30P60K60, чем при глубокой вспашке (2,00 кг/кг д.в.), снижаясь с увеличением азотного компонента до 60 кг/га, полностью уступая окупаемости по фону мелкой обработки почвы.
Влияние различных доз удобрений и способов обработки почвы на урожайность мягких и твёрдых сортов яровой пшеницы
В современном земледелии удобрения остаются важнейшим фактором повышения урожайности сельскохозяйственных культур, стабилизации почвенного плодородия, повышенного использования биоклиматических ресурсов. По результатам многолетних исследований (Минеев, 1988 Чичкин, 2002) оптимизация минерального питания за счёт применения удобрений обеспечивает на 20-40% более полное использование фотосин-тетически активной радиации (ФАР) и почвенной влаги, на 15-50% — энергоресурсов почвы, повышает окупаемость производственных издержек.
Однако при внедрении ресурсосберегающих технологий увеличение объёмов производства продукции предусматривается за счёт биологических факторов и, прежде всего, за счет наиболее полной реализации гено-типического потенциала культур. Между тем, теоретические основы и технологические приёмы реализации взаимодействия этих двух наиболее мощных факторов адаптивной интенсификации сельского хозяйства и наращивания объёмов производства используются недостаточно.
Существует значительный разрыв между биологически обоснованной потенциальной и реальной урожайностью, способностью усваивать элементы питания минеральных удобрений и почвы. Системы применения удобрений разрабатывались в хозяйствах без учёта биологических особенностей сортов сельскохозяйственных культур (Поротькин, 1971; Климашевский, 1976; Чернова и др., 1982). В результате производству предлагались сорта, обеспечивающие высокие урожаи лишь при больших дополнительных ресурсных и энергических затратах или сорта, обеспечивающие высокие прибавки урожая от внесения удобрений, но не достигающие по урожаю уровня сортов интенсивного типа.
По высказыванию Э.Л. Климашевского; «.„агрохимически эффективные (АЭ) сорта имеют более высокую стабильность урожаев в разные по погодным условиям годы и хорошую отзывчивость на улучшение минерального питания. Именно они должны стать биологической основой разрабатываемых энергоресурсосберегающих технологий в современном земледелии» (Доклады на VIII Международном конгрессе по минеральным удобрениям. - М., 1976, с. 35-42) Поэтому в наших исследованиях одной из основных задач являлось изучение отзывчивости сортов яровой пшеницы на применение минеральных удобрений в зависимости от технологий их возделывания. В засушливых условиях Среднего Поволжья продуктивность яровой пшеницы находится в тесной зависимости от влагообеспеченности посевов, потенциальных возможностей сорта, применения удобрений, способов обработки почвы. В работах отечественных и зарубежных исследователей (Бараев, 1978; Каштанов и др., 1983; Аллен, 1985; Милащенко, 1987; Казаков, 1990, 1999; Каштанов, 1993; Калимуллин, 1997; Чуданов, 2000; Ангилеев, 2000; Андриянушкин, 2003 и др.) отмечено резкое повышение эффективности применения удобрений с повышением влажности почвы, увеличением количества осадков в течение вегетации.
В настоящее время установлена определённая связь между такими факторами как влагообеспеченность и удобрения, влагообеспеченность и сорт, удобрения и сорт (Климашевский, 1976; Зиганшин, 1985; Войтович, Сандухадзе, Чумаченко, Капранов, 2002; Завалин, 2002; Тюнин, Шрейдер, 2003 и др.). Минеральные удобрения способствуют усилению поглощения воды корневой системой, вследствие чего возрастает суммарное водопо-требление, повышается оводнённостъ клеток, что увеличивает период вегетации, повышает продуктивность растений. Наши исследования позволили выявить эффективность как отдельных факторов жизнедеятельности (обработки почвы, сорта и применяемых удобрений), так и их совместное действие на продуктивность культуры.
Потенциальное плодородие почвы в годы исследований позволило получить при традиционной технологии (вспашка на 23-25 см) урожай зерна мягкой пшеницы 12,3-18,8 ц/га (табл. 4.1.1); твёрдой - 10,4-16,8 ц/га (табл. 4.1.2). Ресурсосберегающая технология (мелкая обработка на 12-14 см) в аналогичных условиях обеспечила урожайность мягких сортов пшеницы 11,2-19,3 ц/га, твердых сортов - 9,3-16,7 ц/га . Из факторов жизнедеятельности в первом минимуме находилась влага, и она определяла уровень продуктивности культуры. Среди изучаемых сортов без удобрений лучше других её использовали: из мягких пшениц Тулайковская 10, из твёрдых - Безенчукская 200. В среднеобеспеченные влагой годы (1999, 2001) урожайность сортов как мягкой, так и твердой пшеницы на варианте без удобрений в меньшей степени зависела от интенсивности обработки почвы. Так, по сортам мягкой яровой пшеницы урожайность культуры колебалась в пределах 15,4-18,7 ц/га по фону вспашки и 13,8-19,3 ц/га - по мелкой обработке почвы. Соответственно по сортам твердой яровой пшеницы - 13,7-16,8 и 11,2-16,7 ц/га.
