Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 4
1.1. Состояние применения удобрений при выращивании озимой пшеницы на черноземных почвах 4
Экспериментальная часть
2. Условия проведения опыта и методика исследований 17
2.1. Почвенно-климатические условия 17
2.2. Метеорологические условия 21
2.3. Цель и задачи исследований. Схема опыта 24
2.4. Методы исследований 27
3. Особенности развития и урожайность озимой пшеницы в зависимости от доз и сочетаний минеральных и органических удобрений 29
3.1. Характеристика предшественника 29
3.2. Особенности роста и развития озимой пшеницы 32
3.3. Урожайность озимой пшеницы 48
4. Влияние минеральных и органических удобрений на качество зерна озимой пшеницы 56
5. Влияние удобрений на агрохимические и физические свойства почвы 67
5.1. Агрохимические свойства почвы 67
5.2. Физические свойства почвы 78
6. Влияние минеральных и органических удобрений на содержание тяжелых металлов в почве и растениях 83
7. Экономическая эффективность применения органических и минеральных удобрений под озимую пшеницу 86
Выводы 89
Предложения производству 91
Список литературы 92
Приложение 105
- Особенности роста и развития озимой пшеницы
- Агрохимические свойства почвы
- Влияние минеральных и органических удобрений на содержание тяжелых металлов в почве и растениях
- Экономическая эффективность применения органических и минеральных удобрений под озимую пшеницу
Введение к работе
Актуальность темы. В Краснодарском крас ведущая
продовольственная культура-озимая пшеница занимает площадь
около 1,4 млн. га, что составляет более 30% пашни. Вопросы роста
урожайности, улучшения качества зерна озимой пшеницы могут
быть решены путем совершенствования технологии ее
возделывания, включая внесение удобрений. При этом необходимо
учитывать наблюдающееся в последние годы сокращение
производства и особенно применения удобрений, что может
привести к снижению уровня плодородия почв и продуктивности
сельскохозяйственных угодий. В Краснодарском крае объемы
внесения удобрений в 1991 - 1998гг. по сравнению с 1986-IWOrr.
сократились в 5-6 раз. ІІ этой связи актуальній научные
исследования по установлению эффективных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений с учетом их влияния на урожайность и качество зерна озимой пшеницы, агрохимические свойства почвы, экологическую безопасное ть агрогсхно.тший. Результаты исследований в данном направлении, проведенных в факториалыюм полевом опыте с использованием в качестве одною из ведущих факторов органических удобрений, позволяют решить вопросы повышения эффективности как органических, так и минеральных удобрений в условиях обыкновенного чернозема Краснодарского края.
Цель исследований - разработать эффективные, экологически безопасные дозы и сочетания минеральных и органических удобрений при выращивании озимой пшеницы в севообороте на обыкновенном черноземе. В задачи исследований входило:
-
Изучить влияние минеральных удобрений и навоза в различных сочетаниях и в широком диапазоне доз на урожайность озимой пшеницы.
-
Определить изменение качества зерна озимой пшеницы в зависимости от условий питания растений, создаваемых в вариантах различных сочетаний и дез минеральных удобрений и навоза.
-
Изучить действие воэрастакэщих доз минеральных удобрений в сочетании с органическими на агрохимические и агрофизические свойства почвы.
-
Определить содержание тяжелых металлов в почве и растениях при внесении различных доз и сочеганий минеральных и органических \добрений.
-
Дать экономическую оценку применения различных сочетаний и лоз минеральных и органических удобрений при выращивании озимой пшеницы на обыкновенном черноземе.
Научная новизна работы. Впервые на обыкновенном сверхмощном малогумусном черноземе на основе данных стационарного нолевого многофакторного опыта установлена эффективность минеральных удобрений в широком диапазоне их доз и сочетаний с органическими удобрениями при выращивании озимой пшеницы по различным предшественникам, выявлено действие удобрений на агрохимические и агрофизические свойства почвы, дана оценка экологической безопасности применения удобрений.
На основе результатов регрессионного анализа впервые определены количественные зависимости урожайности и качества зерна озимой пшеницы от разных уровней органических и минеральных удобрений, применяемых по отдельности и в сочетании.
Практическая ценность работы. Хозяйствам Северного Кавказа, производящим озимую пшеницу, на обыкновенном черноземе рекомендованы экономически оправданные и экологически безопасные дозы минеральных удобрений в сочетании с навозом, обеспечивающие высокую урожайность ценной зерновой продукции при сохранении плодородия почвы.
При размещении озимой пшеницы по бобовому предшественнику для получения урожайности 60 ц/га зерна рекомендуется вносить фосфорные удобрения и навоз в дозе 60 г/га под первую культуру зернотравопронашнного севооборота. При выращивании озимой пшеницы по зерновому предшественнику (оборот пласта люцерны) для обеспечения урожайности 50 ц/га зерна предлагается вносить фосфорные удобрения Рцо на фоне 60 т/га навоза. Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на научных конференциях ВИУА (Москва) в 1993г., 1996г. и научно-практической конференции Научно-исследовательского института зернового хозяйства (Шортанды, Казахстан) в 1993г. Материалы- диссертации вошли в монографию «Плодородие черноземов России (под ред. Н.З.Милащенко) М..РАСХН, ВИУА, 1998.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 104 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, 6 глав экспериментальной части, выводов, предложений производству. Список литературы включает 177 наименований, в том числе 19 иностранных источниюв Работа содержит 49 таблиц, 5 рисунков. Приложение состоит из 74 таблиц.
Особенности роста и развития озимой пшеницы
В процессе жизненного цикла (от всходов до созревания семян) растения озимой пшеницы проходят несколько фаз роста и развития, связанных с морфологическими изменениями в строении органов и образованием их новых частей (листьев, побегов, стеблей, генеративных органов, семян). У озимой пшеницы, как и у других зерновых культур, различают следующие фенологические фазы: прорастание семян, всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, налив и созревание зерна.
Первые три фазы в нормальных условиях у озимой пшеницы проходят осенью, а остальные - весной и летом следующего года. Началом любой фазы считается момент, когда в нее вступает не менее 10% растений, а полная фаза начинается со вступления в нее свыше 75% растений.
Изучение этапов органогенеза позволяет выявить время и продолжительность формирования отдельных органов растений в период от эмбрионального состояния до полного развития , что в свою очередь дает возможность более эффективно использовать приемы агротехники, включая удобрение.
По данным Ю.П.Ковыряловой (1986), дружное и полное прорастание семян и появление всходов озимой пшеницы наблюдается при влажности почвы 60-70% НВ и температуре воздуха 14-18С. При этом продолжительность периода посев-всходы составляет 6-8 дней, а полевая всхожесть достигает максимальной величины.
Согласно Ф.М.Пруцкову (1982), при посеве озимых необходимо учитывать запасы, в верхнем (0-10см) слое почвы. Если они составляют больше 10мм, то условия для начала вегетации растений складываются благоприятно. При запасах влаги не более 5мм всходы находятся в значительной зависимости от осадков, около 5мм полнота всходов снижается, что может привести к гибели растений в начале их развития. Для получения дружных всходов решающее значение имеет влажность почвы в период всходов, а она зависит не только от осадков, но и от правильного выбора приемов агротехники.
Ответственный период для растений озимой пшеницы-второй и третий этапы органогенеза, которые совпадают с фазой кущения. В этот период происходит дифференциация конуса нарастания. Из почек развиваются побеги. Идет развитие узловых (вторичных) корней. Озимая пшеница при оптимальных условиях обильно кустится осенью.
В период весеннего кущения растения должны быть в достаточной степени обеспечены элементами питания, особенно азотом, который резко увеличивает ростовые процессы формирующихся продуктивных органов.
Четвертый этап органогенеза (начало фазы выхода в трубку) практически определяется образованием первого стеблевого узла на высоте 2-3см от поверхности почвы. Это критический период для озимых по обеспеченности влагой и питанием, когда формируются колосовые бугорки, от чего зависит количество колосков в колосе.
Пятый этап совпадает с серединой фазы выхода в трубку и характеризуется началом образования и дифференциации цветков, закладкой тычинок, пестиков и покровных органов цветка. Фенологическим его признаком является появление второго стеблевого узла. На этом этапе органогенеза окончательно определяется потенциально возможное для сорта количество цветков в колосках. Окончание их дифференциации приходится на шестой и седьмой этапы органогенеза, что совпадает со второй половиной фазы выхода в трубку.
В период выхода в трубку растения поглощают наибольшее количество питательных веществ, в результате чего увеличивается количество продуктивных стеблей, колосков и зерен в колосе. В это время, как правило, вносится вторая повышенная доза азотных удобрений.
Такая подкормка значительно повышает урожай зерна (Леплявченко, Захаров, 1986).
Десятый, одиннадцатый, двенадцатый этапы органогенеза - это период формирования и созревания зерна.
В период вегетации озимая пшеница поглощает большое количество элементов минерального питания (Постников, 1989; Лоза, Казанкова, 1990). Она требовательнее других зерновых культур к наличию в почве питательных веществ в доступной форме.
В полевых условиях снижение интенсивности роста озимой пшеницы чаще всего является следствием недостаточного содержания в почве основных элементов минерального питания-азота, фосфора и калия, а также и микроэлементов.
В условиях нашего опыта изучалось потребление озимой пшеницей азота, фосфора и калия по фазам в зависимости от доз и сочетаний удобрений.
Содержание азота в растениях исследовали в фазах кущения, выхода в трубку, а также в соломе. На основе этих данных получены уравнения регрессии, из которых видно, что содержание азота в озимой пшенице (предшественник-люцерна) находится в прямой зависимости от азотных удобрений в фазу кущения и от азотных удобрений, и сочетаний (кроме 1993г.) в фазу выхода в трубку. Содержание азота в озимой пшенице в том случае, когда она возделывалась по пшенице, в фазу кущения зависело от навоза (1992г.) или фосфорно-калийных удобрений, а в фазу выхода в трубку-от азота минеральных удобрений (табл.7,8,9).
Значительную часть фосфора растения озимой пшеницы поглощают в начальный период жизни, а также в фазе колошения, создавая определенный его запас, который в последствии используется для формирования зерна. Анализ данных по содержанию фосфора в разные фазы вегетации в нашем опыте показывает, что самое меньшее его количество находилось в соломе.
На содержание фосфора в растениях, согласно уравнениям регресеии, влияло применение фосфорных, а в отдельных случаях и азотных удобрений (табл.7,10).
Основное количество калия поступало в растения озимой пшеницы до цветения. С возрастом относительное содержание калия в растениях уменьшалось. Как показали уравнения регрессии, на содержание калия в растениях преимущественное влияние оказали калийные удобрения, (табл.7,11).
Литературные данные свидетельствует о наличии случаев загрязнения продукции сельского хозяйства нитратами при использовании удобрений. Наличие нитратов в урожае в концентрациях больше ПДК, накопление их в организме человека и животных выше нормы может привести к серьезным заболеванием. Растительная продукция резко отличается по степени аккумуляции нитратов. В различных органах растений они распределяются неравномерно. Вегетативные части аккумулируют их больше, чем репродуктивные (Соколов, 1990).
В условиях нашего опыта содержание, нитратов в растениях озимой пшеницы было более высоким в фазу кущения, чем в фазу колошения. По органам растений содержание нитратов располагалось в фазу колошения в следующий убывающий ряд: стебли, листья, колосья (табл. 12 и табл.8-12 приложения).
По уравнениям регрессии (табл.12), на содержание нитратов действовали, как правило, азотные уравнения.
Действие фосфора проявилось в большей мере во влажном 1992 году при коэффициентах корреляции 0,61-0,87, независимо от характера предшественника.
Проведенная нами стеблевая диагностика показала, что. наибольшее содержание нитратов в растениях обнаружено в фазе кущения по всем годам определения. Распределение их по фазам находилось в убывающем порядке: кущение, выход в трубку, колошение, т.е уменьшалось по мере развития растений.
Уравнения регрессии, полученные на основе стеблевой диагностики, показывают, что на индекс обеспеченности растений нитратами во всех фазах развития влияли азотные удобрения (табл.13).
Корреляционный анализ свидетельствует о том, что в 19.91 году при выращивании пшеницы по люцерне
Агрохимические свойства почвы
Содержание гумуса относят к важнейшим показателям плодородия почв (Орлов, Лозановская, Попов, 1985; Попов, Хохлов, 1988).
Анализ полученных в опыте данных о содержании гумуса в слое почвы 0-30см, проведенный по вариантам удобрений отдельно по полям в три исследуемых года, не выявил значительных отклонений от исходных значений и от контроля (табл. 32, и табл. 48 приложения).
В 8 вариантах 0000,1111, 2222, 3333, 2220, 0002, 3111, 3111 изучали изменение содержания гумуса не только в верхнем слое почвы, но и более глубоких слоях (до 2м). Было установлено, что содержание гумуса в почве уменьшалось с глубиной: на контроле с 3,6% в слое 0-20см до 1,2% в слое 180-200см, в вариантах возрастающих доз удобрений с 3,8-4,1% до 1,1-1,5% соответственно (табл. 49 приложения).
Из данных по содержанию минерального азота в почве под озимой пшеницей отдельно по слоям почвы видно, что наибольшее его накопление происходило в начале вегетации после применения азотных удобрений. К моменту уборки по всем годам отмечено уменьшение содержания минерального азота в почве. Прослеживается также накопление азота в тех вариантах, где применялись высокие дозы азотных удобрении (табл.35,36 и табл.74 приложения).
Произведенный нами корреляционный анализ урожайности озимой пшеницы и содержания минерального азота в почве, свидетельствует о взаимосвязи этих показателей.
Установлена также связь по всем горизонтам почвы между содержанием минерального азота и содержанием нитратов в растениях.
Исследования показали, что накопление нитратов в почве происходит (после уборки) в вариантах возрастающих доз удобрений при сравнении с неудобренным контролем. Навоз незначительно повышает количество нитратов в почве по отношению к контролю во все годы опыта (табл. 37,38). В верхних слоях почвы нитратов накапливается намного больше, чем в нижних. С глубиной содержание нитратов уменьшается. Корреляционный анализ содержания нитратов в слое 0-20см и более глубоких слоях (до 2м) свидетельствует о том, что существует связь между этими показателями по всем годам и предшественникам, особенно для слоев 0-20см и 20-40см (табл.54-57 приложения).
По литературным данным (Панников, Минеев,1977), при использовании фосфорных удобрений и навоза повышается содержание подвижного фосфора, степень его подвижности и доступность растениям. Это происходит за счет фосфатов, поглощенных почвой из удобрений. Остаточные фосфаты удобрений играют большую роль в фосфатном режиме окультуренных почв и обеспечении растений фосфором.
Фосфорные удобрения проявляют максимальную эффективность только тогда, когда их применяют с учетом содержания подвижного фосфора в почве и потребности растений в этом элементе.
Содержание подвижного фосфора в почве в условиях нашего опыта повышалось с ростом доз удобрений в пахотном слое, особенно весной и в фазу колошения. К моменту уборки эта зависимость была выражена слабее. Не отмечено четкой закономерности в увеличении содержания подвижного фосфора в почве от возрастающих доз удобрений и в более глубоких горизонтах почвенного профиля табл.(39,40).
Применение одних органических удобрений мало влияло на фосфатный режим почвы по предшественнику- люцерне, а при размещении озимой пшеницы по пшенице повышало содержание подвижного фосфора в почве (в слое 0-3 0см) на 2-3,4 мг/кг.
Анализ содержания калия в почве под озимой пшеницей проведен в 8 исследуемых вариантах опыта отдельно по годам в зависимости от предшественника и от фазы развития растений. Он показывает, что значительных изменений в содержании этого элемента в почве по вариантам удобрений по фазам развития озимой пшеницы не наблюдалось. Не было большой разницы в содержании калия в вариантах удобрений и по слоям почвы табл.( 4-1,42).
Влияние минеральных и органических удобрений на содержание тяжелых металлов в почве и растениях
В условиях современного земледелия при усиливающихся антропогенных нагрузках на агросистемы необходима оценка возможных позитивных и негативных последствий применения средств химизации для разработки экологически безопасных технологий возделывания сельскохозяйственных культур (Минеев, Дебрецени, Мазур, 1993; Тяжелые металлы, 1994).
При применении агрохимических средств и мелиорантов можно ожидать накопления ряда токсических веществ, в том. числе тяжелых металлов в почве и в растениях.
Следует учитывать, что почва служит геохимическим барьером для тяжелых металлов. Это отчасти сдерживает перенос химических элементов и их соединений в сопредельные среды.
Целенаправленная деятельность человека может усиливать роль пахотного слоя как активного геохимического барьера. Одним из наиболее опасных в экологическом отношении тяжелых металлов является кадмий. Обычные концентрации его в растительном материале находится в пределах от 0,2 до 0,8 мг/кг, в отдельных случаях в разных видах растений содержание этого элемента может достигнуть 80 мг/кг и более. В противоположность другим минеральным элементам, за исключением цинка, кадмий накапливается в относительно больших количествах в генеративных органах. Его содержание в зерне составляет от 0,02 до 4 мг/кг (Алексеев, 1987, Анализ ..., 1989; Научные основы мониторинга, 1992). Высокая фитотоксичность кадмия объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку. Поэтому кадмий может выступать в роли цинка в биохимических процессах, нарушая работу многих ферментов (Покровская, 1987; Покровская, Касатиков, 1987). Часто считают, что кадмий поступает в почву с фосфорными удобрениями. По данным университета им. М.Лютера (Галле Виттенберг, ГДР, 1984), содержание кадмия в апатитах с Кольского полуострова равно 0,4-0,6 мг/кг, в полученном из них суперфосфате 0,2-0,5 мг/кг. Таким образом, фосфорные удобрения, используемые в сельском хозяйстве нашей страны, не представляют опасности как источник загрязнения почв фототоксичным элементом- кадмием. По немецким данным (Закон о технических шламах, 15.04.92), установлены следующие допустимые нормы содержания тяжелых металлов в почве (мг/кг): кадмия-1,5-3, цинка-200, хрома-100, меди-60, ртути-1, свинца-100, никеля-50.
В нашей стране в 1994г. Госкомсанэпиднадзором России разработаны ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах с учетом их физико-химических свойств. Они составляют (валовое содержание, мг/кг) для песчаных и супесчаных почв; никеля 20; меди 33; цинка 55; мышьяка 2; кадмия 0,5; свинца 32; для кислых (суглинистых и глинистых) при рНн2о 5,5 соответственно 40; 66; 110; 5; 1,0; 65; для близких к нейтральным, нейтральным (суглинистых и глинистых) при рН н2о 5,5 80; 132; 220; 10; 2,0; 130 (Требования..., 1995; СанПиН 2.1.7.573-96).
Нами проводились исследования содержания тяжелых металлов в почве и растительной продукции. В почве в слое 0-30см (при ориентировочно допустимой концентрации кадмия 2 мг/кг) на поле, занятом озимой пшеницей, кадмия содержалось от 0,41 до 0,55 (табл.46), т.е. его содержание мало зависело от удобрений.
Из применяемых удобрений во всех 32 вариантах опыта, согласно уравнениям регрессии, на содержание кадмия в зерне пшеницы на уровне тенденции оказывало воздействие сочетание азотных минеральных удобрений и навоза, а стронция- азотных и фосфорных удобрений табл.47 и табл. 70,71 приложения,.
Экономическая эффективность применения органических и минеральных удобрений под озимую пшеницу
Экономическая эффективность применения удобрений под озимую пшеницу в различных дозах и сочетаниях проводилась на основе Методических указаний, разработанных в ВИУА (Баранов и др., 1979). В расчетах приняты цены, действовавшие до 1991 года.
При определении экономической эффективности производства зерновых культур, наряду с урожайностью важными показателями являются чистый доход и окупаемость одного рубля затрат прибавкой урожая.
Экономический анализ показал (табл.48,49), что в среднем за 1991-1993 гг. высокие показатели урожайности зерна-60,6 ц/га и окупаемость 1 руб. затрат на применение удобрений-2,99 руб. в ценах 1991 г. были получены при выращивании озимой пшеницы по бобовому предшественнику в варианте внесения двойной дозы фосфорных удобрений (Р80 ) в сочетании с 60 т/га навоза (0202).
В варианте 1111 при урожайности зерна озимой пшеницы 61,9 ц/га, окупаемость 1 руб. затрат равнялась 2,84 руб. соответственно.
При размещении озимой пшеницы по зерновому предшественнику в варианте 0202 урожайность зерна составляла 49,6 ц/га, а окупаемость 1 руб. затрат-5,1 руб. Повышение доз удобрений оказалось экономически невыгодным.
