Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности минерального питания однолетних бобово-мятликовых травосмесей (Обзор литературы) .7
1.1. Эффективность смешанных посевов 7
1.2. Особенности питания растений в агрофитоценозе и влияние удобрений на продуктивность бобово-мятликовых травосмесей 10
1.3. Диагностика обеспеченности посевов минеральным питанием 17
1.4. Биоэнергетическая и экономическая эффективность применения удобрений 24
2. Условия, объекты и методика проведения исследований 27
2.1. Почвенно-климатические особенности лесостепи Северного Казахстана 27
2.2. Метеорологические условия в годы проведения исследований 28
2.3. Агрохимическая характеристика почвы опытного участка 30
2.4. Объекты, агротехника и методика полевых опытов 32
2.5. Методика лабораторных исследований 34
Экспериментальная часть
3. Диагностика роста, развития и питания бобово- мятликовых травосмесей на основе полевого опыта 35
3.1. Биометрическая диагностика роста и развития бобово-мятликовых травосмесей 35
3.1.1. Просо-гороховая смесь 35
3.1.2. Судан ко-гороховая смесь 43
3.2. Диагностика потребности бобово-мятликовых травосмесей в удобрениях на основе полевого опыта 51
3.2.1. Просо-гороховая смесь 51
3.2.2. Суданко-гороховая смесь . 58
4. Влияние удобрений на химический состав боб0во-мятликовых травосмесей 62
5. Оценка доли участия npk в создании прибавки урожая 69
6. Экономическая и энергетическая оценка применения удобрений под однолетние травосмеси 75
6.1. Экономическая эффективность применения удобрений под травосмеси 75
6.2. Энергетическая эффективность применения удобрений под травосмеси 77
Выводы : 83
Предложения производству s5
Библиографический список
- Особенности питания растений в агрофитоценозе и влияние удобрений на продуктивность бобово-мятликовых травосмесей
- Метеорологические условия в годы проведения исследований
- Диагностика потребности бобово-мятликовых травосмесей в удобрениях на основе полевого опыта
- Энергетическая эффективность применения удобрений под травосмеси
Введение к работе
Актуальность темы. Создание стабильной высоко питательной кормовой базы во всех сельскохозяйственных формированиях является одним из основных факторов увеличения продуктивности животноводства. Необходимо ежегодно заготавливать не менее 35 ц кормовых единиц на условную голову крупного рогатого скота при обеспеченности кормовой единицы протеином 105-110 г.
В зоне Северного Казахстана в числе однолетних смесей на зеленый корм, а также для приготовления сенажа возделывается просо- и суданко-гороховые смеси. Вопросы же эффективного удобрения под них до сих пор научно не обоснованы.
Цель исследований — разработать для лесостепной зоны Северного Казахстана научно обоснованную систему применения минеральных удобрений под просо-, суданко-гороховые смеси, позволяющей получить высокий и качественный урожай зеленой массы при сохранении плодородия почвы.
Задачи исследований: выявить влияние минеральных удобрений на рост, развитие, величину и качество вегетативной массы просо- и суданко-гороховых смесей; определить оптимальные дозы минеральных удобрений под изучаемые смеси; дать оценку доли участия азота, фосфора, калия в создании прибавки урожая в зависимости от вносимых парных и тройных сочетаний минеральных удобрений; определить экономическую и биоэнергетическую эффективность прї-менения удобрений.
Научная новизна результатов исследований. Установлены математические закономерности, связывающие урожайность и качество зеленой массы просо- и суданко-гороховых смесей с дозами применяемых удобрений на обыкновенном черноземе Северного Казахстана; определены коэффициенты интенсивности действия 1 кг азота и фосфора на величину интенсивности действия 1 кг азота и фосфора па величину урожая абсолютно сухой массы просо-гороховой и суданко-гороховой смесей, внесенных в оптимальных дозах и соотношениях и коэффициенты потребности («в!») в удобрениях на создание единицы урожая, позволяющие рассчитывать дозы удобрений под планируемый урожай. На примере просо- и суданко-гороховых травосмесей дана оценка доли участия азота, фосфора и калия в формировании урожая в результате взаимодействия удобрений при парных и тройных сочетаниях.
На защиту выносятся следующие положения.
Особенности развития растений просо-гороховой и суданко-гороховой смесей в зависимости от применения различных доз минеральных удобрений.
Математическая закономерность влияния минеральных удобрений на качество урожая однолетних травосмесей.
Биоэнергетическая эффективность удобрений при возделывании однолетних травосмесей.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. На основе полевых опытов с удобрениями установлены оптимальные дозы минеральных удобрений под изучаемые смеси, позволяющие получать не менее 30-35 ц кормовых единиц с 1 га, при обеспеченности одной кормовой единицы переваримым протеином 120-130 г.
Разработанные оптимальные уровни содержания азота, фосфора в почве и расчетные дозы удобрений на фоне зональной технологии использовались в Республиканском государственном предприятии «Северо-Казахстанская опытная станция» Аккайынского района Север о-Казахстанской области (Приложение 32).
Апробации работы. Основные результаты работы были представлены на Международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию независимости Республики Казахстан (Астана, 2001), Между народ ной научно-практической конференции, посвященной 10-летию независимости
6 Республики Казахстан (Петропавловск, 2002), Международной научно-практической конференции, посвященной 40-летию Северного научно-исследовательского института животноводства и ветеринарии (с. Бишкуль, 2002), 5 Международной научно-практической конференции (г. Абакан, Республика Хакасия, 2002) опубликованы в 8 печатных работах объемом 1,6 п.л.
Особенности питания растений в агрофитоценозе и влияние удобрений на продуктивность бобово-мятликовых травосмесей
Продуктивность смешанных посевов зависит в основном от того, насколько учитываются биологические особенности компонентов, их способность использовать питательные вещества из почвы при совместном произрастании, как согласуются их рост и развитие, продолжительность вегетации, строение корневой системы и надземных органов, процессы фотосинтеза, воздушного и почвенного питания/158, 61/.
Темпы роста бобовых и злаковых растений в течение вегетационного периода значительно различаются. Темп нарастания зеленой массы у овса в начале вегетации почти втрое выше, чем у вики. Но с момента бутонизации и до конца цветения уже вика растет намного интенсивнее злакового компонента/130/.
Известны и суточные различия в росте бобовых и злаковых культур. Исследованиями Белорусского НИИ земледелия установлено, что подсолнечник лучше растет в вечерние часы, а люпин - в утренние. Такой чередующийся ритм нарастания вегетативной массы подсолнечниково-люпиновой смеси позволяет вполне использовать свет, влагу и питательные вещества. Лучшему использованию условий внешней среды способствует и то, что стебли и листья бобовых культур размещаются в разных ярусах, а корни - на разной глубине почвенного профиля и обладают неодинаковой способностью усваивать питательные вещества.
В растительных сообществах физиологически активные вещества, выделяемые корнями одних растений, существенно изменяют физические и химические свойства почвы, что приводит к качественным изменениям других растений/87, 7,113,90,53/. В НИИСХе ЦРНЗ при изучении горохо-овсяных смесей установлено, что в период всходов злаковые благоприятствуют прорастанию гороха /35/. Бобовые культуры благодаря симбиозу с азотофиксирующими клубеньковыми бактериями частично обеспечивают себя азотным питанием. В то же время часть фиксированного из воздуха азота они способны передавать и небелковому компоненту /68, 74, 75,121/.
Корневые выделения люпина в 2-3 раза усиливают рост и развитие корней овса (контроль - посев в чистом виде), увеличивая тем самым продуктивность не только овса, но и всей смеси /130/. Корневые выделения мк-няют и химический состав растений. Так, растений вса в чистом посеве содержали 7,5 % протеина, а при выращивании совместно с викой- 9,2 %. Такое же действие на овес оказывали горох и другие бобовые культуры /63, 72, 76, 142, 143/. Но некоторые исследователи утверждают, что бобовые культуры не влияют на содержание азота в злаковом компоненте и тем самым ставят под сомнение вывод об использовании злаком клубенькового азота /26, 144,120,44/.
Бобовые, лучше используя труднодоступные соединения фосфора и обогащая им почвенный раствор, способствуют лучшему снабжению фосфором злаков /50/. Активные вещества, выделяемые корнями бобовых, значительно активизируют процессы поглощения фосфора злаковыми растениями, тогда как активные вещества, выделяемые корнями злаков, тормозят процессы поглощения фосфора бобовыми /80/.
Опыты, проводимые физиологами МГУ, показали, что в смешанных посевах гороха с овсом, ризосферная микрофлора обоих компонентов не у нетается, а стимулируется. В результате у бобовых увеличивается число клубеньков, а в почве накапливаются растворимые азот и фосфор, улучшая тем самым питание растений /35/.
Многие авторы отмечают, что на бобово-злаковых посевах улучшается фосфорное и калийное питание злаковых компонентов и ухудшается калийное питание бобовых /83, 24, 18/. По данным ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, овес в смеси с бобовыми потреблял калия на 30-45 % больше, чем в чистом посеве /130/.
Важной особенностью зернобобовых является способность усваивать из почвы труднодоступные формы фосфора /122, 100/. Овес имеет повышенную способность извлекать калий из труднодоступных соединений /19/. В научной литературе есть несколько точек зрения на механизм воздействия одних растений на другие, но с тем, что смесь полнее использует почвенное плодородие, согласно большинство исследователей.
Повысить продуктивность каждого гектара смешанных посевов можно с помощью удобрений, но при этом необходимо учитывать особенности мінерального питания как бобового, так и злакового компонента.
Основной особенностью питания бобовых культур является фиксация азота воздуха. В зависимости от условий возделывания горох может усваивать из атмосферного воздуха от 42 до 78 % общего потребления им этого элемента /3, 52, 163/.
Ряд исследователей отрицательно относятся к внесению азота под горох, отмечая тормозящее влияние его на азотофиксирующуго деятельность клубеньковых бактерий /32, 107, 71, 42, 108, 2/. Продукции клубеньковых бактерий достаточно для обеспечения самой высокой урожайности зернобобовых культур /5, 38, 45/. Но другие авторы находят обязательным внесение небольших стартовых доз минерального азота на бедных мало окультуренных почвах в начале вегетации гороха, так как фиксация азота начинается не с первого дня роста, а примерно через полторы-две недели, и этот прием в большинстве случаев бывает эффективным в недостаточно благоприятных условиях, особенно с внесением небольших доз фосфора и калия/41, 56, 133,81,82, 122, 16, 117, 138/.
Метеорологические условия в годы проведения исследований
Исследования проводились на опытном поле отдела производства и использования кормов Северного научно-исследовательского института животноводства и ветеринарии, расположенном в лесостепной зоне Северо-Казахстанской области. Почвы данного региона в основном представлены черноземами обыкновенными среднемощными, среднегумусными тяжело и среди есугл инисты ми /3/.
Почва опытного участка является типичной для черноземов лесостепи Северного Казахстана и имеет следующее морфологическое строение: / / Апах - темно-серый, рыхлый, комковато-зернистый, сухой, пронизан корнями растений; А - темно-серый, уплотненный, комковато-зернистый, свежий, 20-38 см пронизан корнями растений; АВ - темно-серый с буроватым оттенком, неоднородный, плотный, 38-60 см свежий, имеются единичные корни растений, переход в горизонт В постепенный; 3) Вк - бурый с темными пятнами гумусовых затеков и светлыми 60-102 см прожилками карбонатов, плотный, комковато-призматической структуры, свежий, вскипает от НО; ВСК - бурый, плотный, свежий, комковато-призматическая структура, 102-129 см карбонаты в виде белоглазки и псевдомицелья, переход к материнской породе постепенный; Ск - буровато-палевый, плотный, влажный, комковатый, 129-150 см карбонаты в виде пропитки. Агрохимические свойства почвы характеризуются следующими показателями (таблица 2.1)
Валовый запас гумуса и азота в слое 0-20 см составляет соответственно 137 и 7,4 т/га, общее содержание фосфора - 4,3 т/га, калия - 60 т/га. Валовые запасы основных элементов питания в черноземных почвах Северного Казахстана высоки. Однако, по данным некоторых исследователей /42, 2/, большая часть их (в особенности фосфора) находится в труднодоступном для растений состоянии.
Важное значение для формирования урожая имеет наличие в почве доступных растениям подвижных форм питательных веществ. Причем, необходимо отметить, что содержание нитратного азота в почве сильно варьирует, а запасы подвижного фосфора и обменного калия более стабильны, незначительно меняются в течение вегетации растений и меньше зависят от агротехнических и метеорологических условий /32, 107, 5, 108/.
Преобладающей минеральной формой в почвах Северного Казахстана является азот нитратов /38/. Перед внесением удобрений в слое почвы 0-20 см отмечено среднее содержание нитратов (N-NO3 - 15,8 мг/кг) для кормовых культур /45/, повышенное содержание обменного калия (К20 -415 мг/кг) и низкое содержание подвижного фосфора {Р2О5 - 29 мг/кг) по В.П. Мачигину /138/. fi ff- оГсоХСС V ех щческий_состав данной почвы - тяжелый суглинок. Удельная масса гумусового горизонта- 2,40, плотность сложения - 1,20 г/см3, реакция почвенного раствора- слабощелочная. Таким образом, почва опытного участка по своей квалификационной принадлежности относится к черноземам обыкновенным карбонатным сред-негумусным тяжелосуглинистым.
Предшественником однолетних травосмесей являлась ярова пщеница._ Почву обрабатывали по типу ранней зяби плоскорезом-глубокорыхлителем КПГ-2,2 на глубину 25-30 см, зимой проводили двукратное снегозадержание, а весной - боронование в два следа и прикатывание. Перед посевом почву культивировали с одновременным боронованием с целью уничтожения проросших сорняков и прикатывали. Минеральные удобрения смешивали перед внесением в нужных соотношениях в соответствии со схемой опыта и вносили весной перед посевом сеялкой СН-16 на глубину 8-10 см. Посев смесей производили сплошным рядовым способом сеялкой СН 16 на глубину 6-7 см. Норма высева гороха в смеси - 0,4 млн. шт./га (80 кг), просо - 2,0 млн. (22 кг), суданской травы - 3,0 млн. (20 кг). Посев произво дили в 1998-1999 годах- 27-28 мая, в 2000 году - 7 июня. При этом исполь зовались сорта: просо - Кормовое, суданская трава - Бродская 2, горох - Ом ский неосыпающийся. Формы удобрений: аммиачная селитра (N - 34 %), двойной суперфосфат (Р205 - 40 %), калий хлористый (К20 - 60 %). \/ Методика исследований: Закладку опытов с минеральными удобрениями, все учеты, наблюдения производили по общепринятым методикам /41,81,89,82,127/.
Диагностика потребности бобово-мятликовых травосмесей в удобрениях на основе полевого опыта
Основным методом диагностики потребности растений в удобрениях служит полевой опыт, позволяющий установить значение отдельных элементов питания для урожая культур в полевых условиях на конкретной почвен-но-климатической разности. И, несмотря на то, что этот метод громоздок, дорог и довольно длителен, без него невозможно разработать комплексный метод определения потребности культур в минеральном питании, установить / -связи между содержанием питательных веществ в почве, растениях, качест- и вом и величиной урожая /31/.
Нами в полевых опытах с просо-гороховой смесью были выявлены лучшие дозы минеральных удобрений для черноземов обыкновенных лесостепной зоны Северного Казахстана и Западной Сибири с низким содержанием подвижного фосфора, средним — азота и высоким - обменного калия (таблица 3.7).
На формирование урожая сельскохозяйственных культур влияют многие факторы, среди которых климатические занимают существенное место. В.Д. Панников /109/, ссылаясь на данные научных учреждений, указывает, что на долю метеоусловий приходится от 44 до 55 % общей амплитуды коле баний урожайности, вызванных совместным влиянием многих факторов, а по утверждению И.С. Шатилова и А.Ф. Чудновского /159/ урожай вико-овсяноЙ смеси на 67 % зависит от погоды. Погода влияет как на количество доступ ных питательных веществ почвы, так и на действие удобрений на растения. / Продуктивность культур в основном зависит от уровня светового И МИНЄГ рального питания /159/. $ \ /Miyfj Коэффициент корреляции между эффективностью средних доз мине ральных удобрений и комплексом по годно-климатических условий (осадки, влажность почвы, температура воздуха и т.д.), по данным А.П. Федосеева (по В.Д. Панникову) /1/, составляет в Черноземной зоне 0,60-0,86. s- r . Урожайность однолетних трав в большой степени зависит от гидро- / термического коэффициента (коэффициент вариации равен- 26,1 %). При
ГТК от 1,09 до 1,40 (недостаточное увлажнение для условий нечерноземной л зоны) урожай сухой массы однолетних трав колеблется от 3,6 на контроле до j 4,6 т/га на фоне средней обеспеченности N, Р, К за счет минеральных удобрений. При повышенном и высоком фонах прибавки урожаев по сравнению со средним фоном не было. При ГТК 1,40-2,00 (нормальное увлажнение) и ГТК 2,01-2,30 (избыточное увлажнение) урожайность однолетних трав возрастала с увеличением обеспеченности растений удобрениями с 3,9 до 5,4 т/га /149/.В наших опытах урожайность просо-гороховой смеси в большей it степени зависит от количества осадков и равномерности их распределения в течении вегетационного периода (приложение 22). Так, в 1998 году за период вегетации выпало 112 мм осадков и урожайность зеленой массы сформировалась в пределах 8,7-12,7 т/га, а в 1999 году выпало 173 мм осадков и урожайность возросла до 11,2-14,3 т/га.
Применение удобрений существенно влияло на продуктивность просо-гороховой смеси.
Схема опыта позволяет выявить значение того или иного элемента в формировании урожая просо-гороховой смеси. В среднем за годы исследова- // / ний при использовании парных удобрений наибольшая прибавка к контролюї получена без калия, а наименьшая - без фосфора (таблица 3.7). Что подтверждается данными Северо-Казахстанской областной проектно-изыскательской станции химизации о низкой обеспеченности почв Северного Казахстана фосфором и более высокой- калием. Внесение азотно-фосфорных удобрений по 30 кг д.в./га увеличивало урожайность зеленой массы на 2,72 т/га. Добавление к этим дозам небольшого количества калия (40 кг д.в.) незначительно повышало урожайность зеленой массы и абсолютно сухого вещества с гектара. Наибольшая урожайность вегетативной массы сформировалась при внесении N30P30-на 30,8 % больше контроля. ] У к
Множественный корреляционный анализ полученных данных показал наличие тесной криволинейной зависимости урожай просо-гороховой смеси от доз азотно-фосфорных удобрений.
Определение математической зависимости урожайности сухой массы от доз вносимых удобрений выражается в следующих уравнениях: а) от применения азотных удобрений на фоне Р30К40 У=0,06х - 0,0008х2 + 23,495 п=0,96 (36) б) от применения фосфорных удобрений на фонеЫ3оК4о У=0,15х-0,0013х2 + 21,27 п=0,97 (37) На основании корреляционно-регрессионного анализа были выведены уравнения квадратической параболы зависимости урожая просо-гороховой смеси от доз фосфорных удобрений на разных азотно-калийных фонах. Уравнение регрессии для фонаЫзо о (с малой дозой азота) имеет вид: У, = 0,015х- 0,0001х2 + 2,127 п=0,94 (38) для N60K40 (средняя доза азота) У2 = 0,006х-6Е-05х2+2,3 п=1,0 (39) для фона N9oK4o (высокая доза азота) У3 = 0,006х-6Е-05х2 + 2,17 " п=1,0 (40) где У - урожай абсолютно сухой массы, ц/га; х - доза фосфорного удобрения, кг/га; п - индекс детерминации (определяет процент вариации У под влиянием X). Выведенные уравнения позволяют графически изобразить множественную корреляционную зависимость урожая просо-гороховой смеси от совместного влияния азота и фосфора вносимого удобрения (рисунок 4).
Энергетическая эффективность применения удобрений под травосмеси
Применение удобрений в сельском хозяйстве должно быть не только экономически выгодным, но и энергетически целесообразным. Вследствие интенсификации сельскохозяйственного производства, сопровождающейся увеличением затрат не возобновляемой энергии, в том числе за счет возрас 78 тающего средств химизации, необходимо разрабатывать энергопротивозатратные технологии производства сельскохозяйственной продукции. А это требуется знания энергетической эффективности применения средств химизации (Ю.И. Ермохин, А.Ф. Неклюдов, 1994).
Энергетическую эффективность минеральных удобрений определяли по энергоотдаче или биоэнергетическому КПД их применения. Для его определения использовали следующие показатели: а) приходная часть - количество энергии (Vfo, МДж/га), накопленной в надземной массе от применения удобрений; б) расходная часть - энергетические затраты (Ао, МДж) на применение удобрений. Имея полученные цифры, расчет общего показателя энергетической эффективности применения удобрений (rj) проводится по формуле: tl = Vfo/AO , я И- (105) \ Так в нашем опыте средняя урожайность зеленой массы просо-гороховой смеси за 1998-2000 годы составила на контроле 9,55 т, в варианте Ы6оРбо 40 -13,6 т, прибавка урожая - 4,02 т/га. А у суданко-гороховой смеси на контроле - 9,2 т, в варианте К6оРзо мо - 13,6 т, прибавка урожая - 4,4 т/га.
Количество энергии (Vfo, МДж/га), накопленной в вегетативной массе просо- и судаико-гороховых смесей определяли по формуле: Vfo = Yn Ri 1 100, (106) где: Уп - прибавка урожая продукции от удобрений, ц/га; Ri - коэффициент перевода единицы сельскохозяйственной продукции в сухое вещество; 1 - содержание общей энергии в 1 кг сухого вещества продукции, МДж; 100 - коэффициент перевода т в кг. Энергетические затраты (Ао, ГДж) на применение минеральных удобрений были вычислены по формуле: А0 = (HN aN) + (Нр а,.) + (Нк ак) + (Уп ауб) + (НФ.в. ав„.), (107) где: HN,Hp, Нк - фактические дозы внесения азотных, фосфорных и калийных удобрений, кг д.в./га; N., ар, ак - энергетические затраты в расчете на 1кг д.в, азотных, фосфорных и калийных удобрений; ауб, аВц - затраты энергии на уборку и внесение удобрений, ГДж; Нф.в - дозы азота, фосфора и калия в физическом весе, ц/га; Уп - прибавка урожая от применения удобрений, т/га. В нашем случае количество энергии для просо-гороховой смеси равно: Vfo=7,5 15,39 100 = 11542,5 Дж/га = 11,54 ГДж/га для суданко-гороховой: Vfo=8,9 15,39 100 = 13697,1 Дж/га=13,7 Дж/га Энергозатраты для просо-гороховой смеси равны: А0= (60 86,8) + (60 12,6)+(40 8,3)+(7,5 29,3)+(3,73 587,7) = 8,71 ГДж для суданко-гороховой смеси: Ао= (60 86,8) + (30 12,6)+(40 8,3)+(8,9 29,3)+(3,08 587,7) - 7,99 ГДж Расчет энергетической эффективности применение удобрений (ц) проведем по формуле (105): л = Vfo/Ao для просо-гороховой смеси: ті« 11,54/8,71- 1,32 ед. для суданко-гороховой: Л = 13,70/7,99-1,71 ед.
Таким образом, при внесении минеральных удобрений в ДозеЫ6оРбо 0 под просо-гороховую смесь на единицу энергетических затрат получено 1,32 единицы энергии, под суданко-гороховую смесь - 1,71 единицы энергии, то есть эффективность имеется. Результаты подобного расчета энергетической эффективности применения минеральных удобрений под одт-летние травосмеси представлены в таблицах 6.3-6.4.
Из данных таблицы наглядно видно, что применение удобрений под просо- и суданко-гороховые смеси энергетически эффективно, хотя отмена 81 ются значительные различия в энергоотдаче от минеральных удобрений. Максимальная энергоотдача в опытах на просо-гороховой смеси (т = 4,63), суданко-гороховой смеси (п = 3,66) получена при внесении удобрений в дозе Р30К40. Затраты энергии на 1 ц прибавки урожая зеленой массы составили 1,63 - у просо-гороховой, 1,60 ГДж - у суданко-гороховой. При внесении полного минерального удобрения (N30P30K40) составила 2,27 и 1,93. Затраты составили 4,82 и 4,78 ГДж.
Похожие диссертации на Оптимизация минерального питания однолетних бобово-мятликовых травосмесей в лесостепи Северного Казахстана
