ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ В СЕВООБОРОТАХ ПРИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ Демин, Вадим Александрович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Разработка рациональных систем удобрения в севооборотах Нечерноземной зоны при интенсификации сельскохозяйственного производства является важным звеном в выполнении Продовольственной программы в стране, обеспечивая повышение урожайности культур, получение продукции надлежащего качества и постепенное улучшение плодородия почв. Вопросы, обсуждаемые в диссертации, тесно связаны с основными задачами, поставленными партией и правительством перед сельским хозяйством и сельскохозяйственной наукой. Особую актуальность в настоящее время приобретает правильное теоретическое обоснование рациональных систем удобрения в севооборо-" тах Нечерноземья для районов с высоким уровнем применения минеральных удобрений и хозяйств с крупными ЖИт вотноводческими комплексами,, где в качестве удобрения используются; большие количества бесподстилочного навоза. В связи с этим проблема рационального применения удобрений в севооборотах на современном и перспективном этапах химизации земледелия Нечерноземной зоны, рассматриваемая в диссертации, имеет не только важное производственно-хозяйственное, но и экологическое значение. Вопросы рационального применения удобрений в севооборотах рас-' сматриваются многосторонне, комплексно увязываясь друг с другом.

Цель и задачи, исследований. Главная цель, исследований — обосновать рациональные уровни применения удобрений в полевых и кормовых севооборотах интенсивной химизации земледелия Нечерноземной зоны ' с учетом комплексной- их оценки: перспективы применения удобрений, высокой продуктивности севооборотов и получения продукции надлежащего качества, сохранения или повышения плодородия почв, орошения и достаточно высокой экономической эффективности удобрений. Особое место при этом уделено использованию бесподстилочного навоза КРС в качестве удобрения в условиях орошения с целью получения высокой планируемой урожайности сельскохозяйственных куль-

UIHTPAJoHAfl | " і

НАУЧНАЯ I/. .l>j:-:OTZHA Мосч, с?льскохо!. л <гявм»'и им. К. А. Тииирк.эвьл.

тур в звеньях кормового севооборота в сравнительной оценке с минеральной и навозно-минеральной системами удобрения. Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Выяснить на дерново-подзолистых и серых лесных почвах влияние различных уровней обеспеченности удобрениями полевых и кормовых севооборотов на их продуктивность и изменение наиболее важных показателей качества урожая сельскохозяйственных культур (особенно содержания нитратов) при орошении и без него; установить предельные нормы внесения удобрений в севооборотах. Изучить возможность получения разных уровней планируемой урожайности основных сельскохозяйственных культур и эффективность удобрений от орошения в условиях Центрального района Нечерноземной зоны РСФСР.

2. Определить дифференцированно баланс основных элементов питания и коэффициенты их использования растениями за ротацию при разных системах удобрения и различных приростах продуктивности севооборотов от вносимых норм удобрений, а также изменение выноса питательных веществ на единицу основной продукции урожая и: агрохимических показателей почвы.

3. Сравнить эффективность навозной, минеральной и: навозно-минеральной систем удобрения с использованием бесподстилочного павоза КРС при получении высоких планируемых урожаев^ч культур и оценить возможность применения для этого одного бесподстилочного навоза. Определить вымывание питательных веществ и газообразные потери аммиачного азота из бесподстилочного навоза при разных нормах его внесения.

- 4. Провести экономическую оценку изучаемых- систем удобрения в севооборотах.

5. С использованием нормативов- баланса питательных веществ разработать методику определения норм минеральных удобрений под отдельные культуры в севообороте на планируемую урожайность . и с учетом показателя выноса питательных веществ на. 10 ц кормовых (зерновых) единиц методику для крупномасштабного планирования туков по отдельным административным регионам.

6. Разработать методику определения рационального количества бесподстилочного навоза в хозяйствах прт проектировании в них крупных животноводческих комплексов и рекомендации по использованию его в севооборотах Нечерноземной зоны для получения планируемой урожайности сельскохозяйственных культур.

Научная новизна работы. В диссертации дано научное обоснование рационального современного и перспективного

уровней применения удобрений (включая и бесподстилочный навоз) в севооборотах в районах интенсивной химизации земледелия Нечерноземной зоны на основе комплексной их оценки: величины планируемой урожайности, качества получаемой продукции, орошения, баланса питательных веществ, направленного на сохранение или постепенное повышение плодородия почвы, экономической эффективности удобрений и охраны окружающей среды. Разработана также новая научно обоснованная методика определения рационального количества бесподстилочного навоза в хозяйствах при проектировании животноводческих комплексов и новая методика определения норм минеральных удобрений методом нормативного баланса под отдельные культуры и при планировании по регионам. Установлены параметры, необходимые для составления научно обоснованной системы удобрения на планируемую урожайность при интенсивной химизации земледелия: уровни применения удобрений в разных севооборотах в зависимости от их продуктивности на различных почвах, вынос питательных веществ на единицу урожая, коэффициенты их использования из удобрений и почвы, интенсивность влияния повышенных и высоких норм удобрений на качество урожая и агрохимические показатели почвы, дифференцированные величины баланса основных питательных веществ в севооборотах при разных условиях. Научный и практический интерес представляют исследования, впервые проведенные с бесподстилочным навозом при орошении в Нечерноземной зоне РСФСР в длительных полевых опытах в звеньях высокопродуктивного кормового севооборота.

Новое научное направление в «Системе применения удобрений» для данной работы заключается в теоретической разработке дифференцированных нормативов баланса питательных веществ в севообороте в зависимости от величины его планируемой продуктивности, почвенно-климати-ческнх условий и с учетом высокой эффективности вносимых удобрений; использовании этих нормативов баланса для расчета потребности в удобрениях но отдельным регионам. Впервые при расчете такой потребности предложено использовать показатель выноса питательных веществ в расчете на 10 ц кормовых (зерновых) единиц.

Практическая значимость работы. Все разделы диссертации тесно связаны с запросами производства. Полученные материалы исследований важны для специалистов агрохимической службы страны при разработке научно обоснованных систем удобрення в севооборотах совхозов и колхозов, а также для преподавания курса «Система применения удобрений» . студентам сельхозвузов и . переподготовке

3.-

специалистов сельскохозяйственного производства, сотрудников научных учреждений и преподавателей вузов на факультете повышения квалификации.

В диссертации впервые показзна графическая зависимость продуктивности различных севооборотов от норм удобрений на разных почвах Нечерноземья, установлены границы высокоэффективных и максимальных норм удобрений для конкретных условий. Показана зависимость изменения наиболее важных показателей качества урожая и выноса питательных веществ на единицу основной продукции от норм вносимых удобрений. Разработаны для условий интенсивной химизации земледелия конкретные параметры для определения норм удобрений на планируемый урожай с учетом направленного изменения плодородия почвы. Установлены сроки проведения повторного агрохимического обследования почв в зависимости от норм вносимых удобрений. Даны рекомендации по рациональному использованию бесподстилочного навоза в различных севооборотах, а также определены его нормы под отдельные культуры на планируемую урожайность. Предложены рекомендации по перспективному планированию минеральных удобрений по отдельным регионам и определению рационального количества бесподстилочного навоза в хозяйствах при проектировании крупных животноводческих комплексов. Показана экономика применения удобрений при разных нормах их внесения в севооборотах.

Реализация научных исследований. Внедрение научных разработок проводилось в ряде хозяйств Московской области (учхоз ТСХЛ «Дубкя», совхозы - «Зеленоградский», «Лесные озера», «Вороново», «Куликовский»), в учхозах ТСХЛ «Дружба» Ярославской области и им. Калинина Тамбовской области. На основании полученных результатов исследований составлены методические указания (для слушателей ФПК) по применению бесподстилочного навоза под сельскохозяйственные культуры в условиях животноводческих комплексов Нечерноземной зоны. Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре агрономической и биологической химии ТСХЛ по курсу «Система применения удобрений» и нашли отражение в учебном пособии «Определение доз удобрений под сельскохозяйственные культуры в севообороте», задании к курсовому проекту по проблемной разработке системы применения удобрений в хозяйстве (для студентов факультета агрохимии н почвоведения), учебных 'диафильмах по агрохимической службе и системе применения удобрений, в главе «Система применения удобрений» учебника «Агрохимия» (1982 г.) для сту-

4;

дентов агрономических специальностей сельскохозяйственных вузов страны.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на научных конференциях ТСХЛ, ЦП НЛО, в г. Уфе, на научно-производственных конференциях (совещаниях) Союзсельхозхнмии и Главжив-прома МСХ СССР, при чтении лекции по вопросам системы удобрения преподавателям сельхозвузов страны, научным сотрудникам институтов и опытных станции, проходившим переподготовку на факультете повышения квалификации при ТСХЛ.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 40
работ. " . .

Объем работы. Содержание диссертации изложено на 398 стр. машинописного текста, включая оглавление, 113 таблиц и 10 рисунков. Список литературы состоит из 439 наименований, в т. ч. 355 отечественных и 84 иностранных. Приложение на 53 страницах.

Исследования проводились в опытах с полевым севооборотом в совхозе «Зеленоградский», с прифермским кормовым севооборотом в учхозе «Михайловское», с 5 звеньями кормового севооборота в совхозе «Вороново» на дерново-подзолистых средне-суглинистых почвах Московской области и с 3 звеньями полевого севооборота в учхозе «Дружба» Ярославской области на серой лесной почве, а также в лизиметрическом опыте на экспериментальной базе совхоза «Вороново». Агрохимические показатели почв перед закладкой опытов приведены в таблице 1. При необходимости проводилось известкование почв по полной гидролитической кислотности.

В целом по учхозу «Дружба» за 1976—19S2 гг. проведен
анализ эффективности разработанной нами системы приме
нения удобрений. .

Только в полевом опыте учхоза «Дружба» и в одном из опытов совхоза «Вороново» звенья севооборота были открыты одним нолем; в остальных опытах севообороты развернуты всеми полями.

В опытах I и 2 в совхозе «Зеленоградский» Пушкинского района Московской области использовали 4-польный севооборот: вика с овсом, озимая пшеница, картофель, овес. В опыте 2 (1973—1976 гг.) схемой предусматривалось 6 вариантов (удобрение в среднем на 1 га севооборота): 1—без удобрений,.2—15 т навоза (150 кг д.в.), 3—105N80P110K (295 кг д. в.), 4 —105N80P110K+15 т навоза (всего 445 кг

" ₅-

Таблица !

Агрохимические показатели почв в год.закладки опытов (слой 0—20 см)

Гумус (по Тюрину). %

СОЛ.

V, %

д. в.), 5—158N120P165K (443 кг д. в.), 6— 158N120P165K+ 15 т навоза (всего 593 кг д.в.). В опыте 1 (1972—1976 гг.) были те же варианты, кроме 2-го и 4-го. Навоз в севообороте вносили под вико-овсяную смесь и картофель в нормах 20 и 40 т на 1 га соответственно. Общая площадь опытной делянки — 189 м², учетной — 109—150 м². Повторность опытов 3-кратная. Выращиваемые сорта культур: вика — Мамадышская, озимая пшеница — Мироновская 808, картофель — Столовый 19, овес — Орел. В навозе в среднем за годы опытов содержалось (в % на сырую массу): общего азота — 0,38, P₂Os — 0,2 и К₂0 — 0,41. .

Полевой опыт в учхозе ТСХЛ «Михайловское» 'Подольского района Московской области (заложен в 1975 г.) представлен 4-польным севооборотом со следующим чередованием культур: вика с овсом, озимая рожь на зеленый корм и кукуруза поукосно, картофель, ячмень. Схема опыта в диссертации представлена 5 вариантами (нормы удобрений в среднем на 1 га севооборота; числитель — 1-я ротация,

знаменатель — 2-я): 1. Без удобрений. 2.-J^n|^P-^Kiuii

355/305 кг д. в. 3. То же +17,5 т навоза (всего примерно

540/490 кг д.в.). 4. ^№~p|g-K или 574/470 кг д. в. 5. То

же+17,5 т навоза (всего примерно 760/660 кг д. в.). При " определении обеспеченности 1 га севооборота питательными веществами удобрений принималось содержание в навозе 0,4% азота, 0,2% Р₂0₃ и 0,5% К₂0 на сырую массу. Навоз применялся под вику с овсом (30 т) и картофель (40 т). Опыт имеет 4-кратную повторность, общую площадь делянки — 151,2 м² и учетную — 60—120 м². Размещается он на двух рядом расположенных участках, разделенных 20-метровой полосой. На одном из них (участок 1) в засушливые годы или по мере необходимости проводится орошение с помощью установки КИ-50. Полив проводился в 1977, 1979, 1981 и 1982 годах из расчета доведения влажности почвы в слое 0—40 см до 70—75% от ППВ. В опыте выращивались следующие сорта и гибриды культур: вика — Льговская (с 1980 г. — горох Немецкий кормовой), озимая рожь — Бел-та (с 1980 г. — Восход 1), кукуруза — гибрид Днепровский 247, картофель — Лорх (с 1980 г.— Бирюза), ячмень — Московский 121 (с 1981 г. — Надя), овес—Геркулес. Кукуруза высевалась рядовым способом с междурядьем 15 см, за исключением 1977 г., когда применялся широкорядный посев с междурядьем 60 см. В навозе содержалось в среднем за годы опыта (1976—1982) 0,38% азота, 0,22% P₂O_sn0,45% КгО, В 1977 г. поливались 1 раз кукуруза и картофель в конце 3-й декады июля (200—250 м³ воды на 1 га); в 1979 г. — 1 раз внко-овсяная смесь и кукуруза (300 м³/га) во 2-й декаде июня; в 1981 г. — 2 раза ячмень и. горохо-ов-сяная смесь и 5—8 раз картофель и кукуруза с 1-й декады июня по 3-ю декаду июля при разовой норме полива 200— 350 м³ воды на 1 га; в 1982 г.— 1 раз (во 2-й декаде июля) . картофель и кукуруза (300—350 м³/га).

В учхозе ТСХЛ «Дружба» Ярославской области опыт заложен в 1981 году. Общая площадь делянки в звеньях севооборота 60 и 150 м²,. учетная — 40—115 м². Повторность опыта 4-кратная. Схема опыта включала 8 вариантов: 1 — без удобрений, 2 —навоз (Н), З —Н+1 NPK, 4—H+2NPK, 5 —H+3NPK, 6—1NPK, 7 —2NPK. 8 —3NPK. Использовались следующие звенья севооборота: картофель — кукуруза, кукуруза — картофель, горох с овсом — озимая пшеница. Посевы гороха с овсом в 1981 г. погибли. По трем уровням минеральной и навозно-минеральной систем удобрения . планировались разные урожаи, но каждый уровень обеих систем предусматривал получение одинаковой урожайности культур. Сорта и гибриды выращиваемых культур: картофель—Лорх, кукуруза —гибрид Днепровский 247, озимая пшеница—Мироновская 808. Навоз применялся только в год закладки каждого звена севооборота: под картофель и кукурузу в норме 40 т, под ropoxo-овсяную смесь — 20 т/га.

В навозе в среднем содержалось 0,4% азота, 0,2% Р₂0з и 0,5% KjO.

Нормы минеральных, удобрений во всех указанных опытах определялись на планируемую урожайность методом элементарного баланса с окончательной их проверкой по балансу питательных веществ за ротацию севооборота.

Стационарный полевой опыт, заложенный в 1974 г. в совхозе «Вороново» Подольского района Московской области, включает 4 самостоятельных звена кормового севооборота: 1-е звено — 33,3% однолетних трав и 66,7% многолетних трав; 2-е звено — 22,2% однолетних трав, 55,6% зерновых, 11,1% кукуруза на силос и 11,1% кормовая свекла; 3-е звено — 22,2% зерновые, 44,5% кукуруза и 33,3% кормовая свекла; 4-е звено — кукуруза бессменно. Структура звеньев представлена за 1975—1983 гг. проведения опыта. В схеме опыта 4 варианта: 1—без удобрений, 2 — минеральные удобрения, 3— бесподстнлочный навоз, 4 — бесподстилочный навоз и минеральные удобрения. Повторность опытов 3-кратная, общая площадь делянки 344 м². Опыт проводится при орошении. Нормы удобрений -во всех трех типах системы удобрения рассчитывались на одинаковый уровень планируемой урожаййости культур методом .элементарного баланса с окончательной их проверкой по балансу питательных веществ за ротацию. В варианте с одним бесподстилочным навозом норма его определялась по общему азоту (0,3%), с учетом возможных потерь аммиачного (от 20 до 45% от общего азота). Планируемая урожайность культур за годы опыта (ц/га): вика с овсом — 250—350 зеленой массы (з/м), многолетние травы — 500 з/м, ячмень — 50 зерна, озимая пшеница — 60 зерна, кукуруза — 600—800 з/м, кормовая свекла — 1000—1200 корнеплодов. В среднем на 1 га звеньев севооборота за 9 лет (1975—1983 гг.) внесено следующее количество удобрений:

звено

В среднем за годы опыта в бесподстилочном навозе КРС содержалось 0,31% азота, 0,15% P₂O_s, 0,26% К₂0 и 8,98% сухого вещества. Доля аммиачного азота от общего составляла 50—70%. Бесподстнлочньгй навоз вносили при помощи цистерны ХТС-100 (ГДР) в агрегате с трактором Т-150К: под вико-овсяную смесь и ячмень — с осени под зябь, под пропашные культуры — весной под перепашку зяби, а под многолетние травы — весной (в начале вегетации) и после 1-го укоса.

Многолетний мелкоделяночкый полевой опыт (размер делянки 16 м², повторность 3-кратная) проводился в совхозе «Вороново» в 1976—1979 гг. при следующем чередовании культур в севообороте: кукуруза, кормовая свекла, ячмень, кукуруза. Севооборот открыт одним нолем. В схеме опыта 4 основных варианта: без удобрений, 80, 160 и 240 т бес-подстилочного навоза иа 1 га. На них дополнительно накладывались 3 уровня полного минерального удобрения — 1NPK, 2NPK, 3NPK (1NPK. соответствует 60N80P60K). Всего было 16 вариантов, включая 3 варианта одних минеральных удобрений. Указанные нормы удобрений применяли ежегодно под каждую культуру.

Лизиметрические исследования проводили в 1977— 1978 гг. на экспериментальной базе совхоза «Вороново». Для этого использовали влагоиспаритель ГГИ-500-100, состоящий из внутреннего, внешнего металлических' цилиндров и водосборного сосуда. Высота цилиндров — 100 см. Внутренний цилиндр с площадью поперечного сечения 500 см². Бесподстилочный навоз вносили в лизиметры ежегодно весной из расчета: 1—контроль (без навоза), 2 — 80 т/га (400 г навоза на лизиметр), 3—160 т/га (800 г), 4 — 210 т/га (1200 г), 5—400 т/га (2000 г). Повторность опыта 2-кратная. В лизиметрах выращивали кормовую свеклу, по 2 растения в каждом. Два раза в месяц замеряли количество фильтрационной воды и анализировали ее на содержание N—NH₄, N—N0₂. N—N0₃, Ca, Mg. P₂0₅ и КгО. Содержание сухого вещества в бесподстилочиом навозе составляло 9,35—10,17%, общего азота — 0,41, Рг0₃ — 0,33-0,36, КгО —0,28—0,29, Са —0,16—0,18. и Mg —0,08— 0,11% на сырую массу.

В опытах, проводимых на Вороновском стационаре, воз-делывались следующие культуры: вика яровая — Льговская 31/292, овес — Геркулес, озимая пшеница—Мироновская 808, ячмень—Московский 121 (с 1980 г. — сорт Надя), кукуруза— гибрид Буковинскнй ЗТВ (с 1981- г. —КВС-752), кормовая свекла — гибрид Тимирязевский 56. Травосмесь многолетних трав выращивалась 2-х видов: злаковая (ежа сборная, костер безостый, тимофеевка луговая) и злаково-

бобовая (ежа сборная, тимофеевка луговая и клевер красный). Тип использования трав сенокосный, по 2 укоса за вегетацию.

Из минеральных удобрений в опытах применялись аммиачная селитра, простой и- двойной гранулированные суперфосфаты и хлористый калий. Фосфорные и калийные удобрения под культуры ярового клина вносились главным образом под зяблевую вспашку, а азотные — только весной. Под озимые зерновые культуры 7з от нормы азота применялась перед "посевом, а ²/з — в ранневесеннюю подкормку. Под многолетние травы азотные удобрения вносили дробно равными частями: весной и после 1-го укоса.

Агротехника возделывания культур применялась в соответствии с рекомендациями для Центрального района Нечерноземной зоны.

Учет урожая проводили сплошным методом. Отбор растительных и почвенных образцов осуществлялся в соответствии с требованиями методики полевого опытного . дела. Агрохимические анализы растительных и почвенных образцов проводились общепринятыми методами, согласно требованиям ГОСТа. Для математической обработки результатов исследований применялся метод дисперсионного анализа. Для оценки экономической эффективности удобрений использовался ряд „методических- разработок специалистов в области >экономики. Продуктивность севооборотов в кормовых единицах"оценивалась по справочным нормативам.

В 1969—1983 гг." "потребность в орошении отмечалась в течение 8 лет, т. е. составила 57%-лет (1969—1973, 1979, 1981, 1982). За вегетационные периоды 1974, 1976, 1978, 1980, 1983 гг. осадков выпало значительно больше средне-многолетиего количества. Следовательно, в отдельные годы получению высокой урожайности некоторых культур (особенно картофеля и зерновых) мешало избыточное увлажнение.

При обобщении материалов использованы также результаты 80 длительных опытов научных учреждений с удобрениями в севооборотах, в т. ч. 56 из Нечерноземной зоны. Автор выражает слова глубокой благодарности своим первым наставникам в педагогической и научной работе академику ВАСХНИЛ В. М. Клечковскому и профессору И. В; Гулякину, а также профессорам X. К. Асарову, П. М. Смирнову, В. Б. Багаеву, Б. А. Ягодину, Н. Н. Третьякову за их внимание и ценные советы; аспирантам В. К. Левину, Н. К. Пронкину, П. И. Правде, М. Бета, С. А. Ишу-тину,- научным- сотрудникам И. А. Сироткиной, Н. М: Сокирко, Г. С. Гусеву, В. Н. Осипову, В. М. Юрову, А. В. Жук, Е. Н. Максимовой, А. А. Кочкареву и студентам-дип-10:

ломникам за помощь в проведении эксперимента; всему коллективу кафедры агрономической и биологической химии ТСХЛ за большое внимание в процессе совместной работы. Автор выражает большую признательность коллективам экспериментальных баз учхозов ТСХЛ «Дубки» и «Ми-хайловское», совхоза «Вороново», учебно-опытному комбинату нашей академии, специалистам учхозов «Дружба», «Михайловское», совхоза «Зеленоградский», руководству Главживпрома МСХ СССР и совхоза «Вороново» (ныне с-з им. 60-летия СССР) за то деловое содействие, которое они оказывали при проведении полевых опытов и внедрении научных разработок.