Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
2. Методика и условия проведения исследований. 29
2.1. Методика проведения исследований 29
2.2 Почвенно-климатичсские условия 33
3. Изменение условий минерального питания в почве под различными агрофитоценозами при внесении удобрений 42
3.1. Динамика доступной влаги в почве 42
3.2. Структура почвы 54
3.3. Минеральный азот в почве иод различными культурами при внесении удобрений 57
3.4. Динамика подвижного фосфора и обменного калия 71
4. Влияние условий минерального питания на накопление сухого вещества, содержание и вынос элементов питания агрофитоценозами, ботанический состав многолетнего агрофито-ценоза 81
4.1. Накопление сухого вещества и элементов питания надземной массой но фазам вегетации 81
4.2. Накопление сухого вещества и элементов питания корневой системой и поукосными остатками травосмеси и люцерны 86
4.3. Изменение состава агрофитоценоза многолетних трав 1 01
5. Симбиотическая азотфиксация однолетних и многолетних 105
6. Аллелопатия 114
7. Продуктивность однолетних и многолетних агрофитоценозов с различными системами удобрения 121
8. Баланс элементов питания в севооборотах 130
9. Экономическая и биоэнергетическая эффективность удобрений и севоооборотовтов 134
Выводы 138
Предложения производству 141
Литература
- Почвенно-климатичсские условия
- Структура почвы
- Динамика подвижного фосфора и обменного калия
- Накопление сухого вещества и элементов питания корневой системой и поукосными остатками травосмеси и люцерны
Почвенно-климатичсские условия
В качестве сравниваемой культуры с горохом и ЗБС высевали ячмень, с люцерной и многолетней травосмесью - кострец безостый. Агротехника культур звеньев нолевых севооборотов - общепринятая для зоны.
После уборки предшественников (трав) проводится дискование (БДТ-3) на глубину 8-10 см и зяблевая вспашка МЛН 4-35 на 25-27 см с последующей обработкой но типу полупара. Па выровненной с осени зяби весной проводилась предпосевная культивация на 6-8 см КПС-4,0. Травы высеваем в ранневе-сенние сроки зернотравяной сеялкой СЗТ-3,6.
Норма высева покровного ячменя 2,3-2,6 млн. шт. всхожих семян на 1 га. и шириной междурядий 30 см., на глубину 5-6 см. Норма высева люцерны си-негибридной (Манычская) - 3,0-3,5 млн. шт/га всхожих семян. Норма высева всхожих семян компонентов бобово-злаковой травосмеси составляла: люцерны синегибридной 1,2-2 млн. шт/га, эспарцета (Северокавказский) 0,8-0,9 млн. шт/га, костреца безостого (ВИР-5) 1,0-1,5 млн. шт/га, житняка - 1,0-1,2 млн. шт/га, глубина посева 2-3 см. После посева - прикатывание ЗККШ-6А.
Покровный ячмень убирался на зерно в фазе полной спелости прямым комбайнированисм САМГЮ-500.
На второй год жизни трав, в зависимости от состояния почвы и плотности травостоя в ранневесенний период применялись для боронования зубовые бороны БЗСС-1,0, на третий и четвертый год - бороны БИГ-3. Укосы трав как в травосмесях, так и в чистом виде проводились в фазу бутонизации люцерны.
После первого укоса многолетних травосмесей и люцерны третьего года пользования проводится дискование (БДТ-З), затем вспашка на глубину 18-20 см. Дальнейшая обработка почвы производится по тину полупара культиватором КПС-4,0. Посев озимой пшеницы осуществляли в оптимальные сроки с 10 по 25 сентября при норме высева семян районированного сорта "Престиж" -4,5-5,0 млн. шт/га. Протравливание семян проводили препаратом дивиденд стар 1 кг/т. Глубина заделки семян 5-6 см. После посева обязательно прикатывали кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6А. Удобрения вносились в подкормку аммиачной селитрой согласно схеме опыта.
Борьбу с сорной растительностью проводили гербицидом секатор в дозе 140 г/га опрыскивателем ОП-2000 с нормой расхода рабочей жидкости 150-250 л/га. Против клопа черепашки и жука кузьки - проводились обработки инсектицидами БИ-58 (1,0 л/га) и карате (0,2 л/га). При появлении болезней листового аппарата обработка велась фунгицидом альто-супер 0,4 л/га. Уборку проводили прямым комбайнированием комбайном САМПО-500.
Технология возделывания озимой пшеницы после гороха и ЗБС отличалась лишь обработкой почвы, которая проводилась БДТ-З на 10-12 см, с последующей культивацией КПС-4,0 и борьбой с хлебной жужелицей после ЗБС ин-сектицидом базудин 1,5-1,8 л/га при численности 2 шт/м .
Вслед за уборкой озимой пшеницы проводили дискование стерни на 8-10 см (БДТ-3,0), после появления розеток сорняков - отвальную вспашку под горох и ЗБС на глубину 23-25 см, под ячмень - на 20-22 см. В дальнейшем при выпадении осадков и появлении сорных растений поле обрабатывается культиваторами КПС-4,0. Весенняя обработка зяби заключается в предпосевной культивации под ячмень на глубину 6-8 см, под горох и ЗБС 8-10 см.
Для посева использовались семена районированных сортов гороха Ак-сайский усатый 5 и ячменя Одесский 100, посевные качества которых отвечали требованиям 1 класса Государственного стандарта. Протравливание семян осуществляли колфуго супер колор (2 кг/т) или дивиденд стар (1 кг/т). Норма высева семян гороха - 1,3-1,4 млн. шт.; ЗБС - 2,0-2,5 млн. шт. ячменя и 0,6-0,8 млн.шт. гороха; ярового ячменя - 4,0-4,5 млн. шт. всхожих семян. После посева сеялкой СЗ-3,6 проводили прикатывание кольчато-шиоровыми катками ЗККШ-6А.
Вегетирующие сорняки в период роста и развития ЗБС (в фазе кущения ячменя) и гороха уничтожали гербицидами (агритокс, в дозе 0,7-0,8 л/га при расходе рабочей жидкости 250-300 л/га).
На посевах гороха и ЗБС борьбу с брухусом проводили инсектицидом да-надимом 1,0 л/га, путем двукратной обработки при превышении порога вредоносности, в фазу начала формирования бобов при расходе рабочей жидкости 150-200 л/га.
Уборка зерновых и зернобобовых проводилась прямым комбайнировани-ем - комбайном САМПО-500.
Исследования проводились нолевым и лабораторным методами с использованием следующих методик: - фенологические наблюдения за ростом и развитием полевых культур:: полевая всхожесть, сохранность и выживаемость растений к уборке (люцерны, травосмеси, гороха, ЗБС, ячменя и озимой пшеницы) - по методике Государственного сортоиспытания с.-х. культур (1985); - учет массы корней (в слое почвы 0-30 см) на вариантах 1 и 10 определяли по методу Н.З. Станкова (1964); - структурно-аірегатньїй состав почвы в пахотном слое (после распашки трав) - но методике И.И. Савинова; - ботанический состав многолетней бобово-злаковой травосмеси при проведении укосов - по методике ВИК, (1983); - учет урожайности зерновых культур - прямым комбайнированием Сам-по-500, многолетних трав - вручную; - массовая доля сухого вещества в растительных образцах ГОСТ 23639-79. - содержание азота в растениях но методу Къельдаля, фосфора - ванадно-молибдатным методом, калия - пламенно-фотометрическим методом (В.Г. Минеев, 2001); - содержание влаги в почве ГОСТ 28268-89, подвижных форм фосфора и обменного калия по Мачигину ГОСТ 26205-91; - аллелопатический эффект многолетних трав и однолетних злакобобо-вых на посевы озимой пшеницы - по А. М. Гродзинскому (1965) в модификации МГУ (1982); - количество симбиотически фиксированного азота многолетними травами и горохом методом сравнения с небобовой культурой: для люцерны и многолетней травосмеси - кострец безостый, для гороха и ЗБС - яровой ячмень, по Е.П. Трепачеву(1999); - математическая обработка урожайных данных - методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985).
Структура почвы
Структурно-агрегатный состав почвы является важнейшим физическим показателем ее плодородия, так как оказывает значительное влияние на водный режим, агрофизические и технологические свойства и определяет соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз в почве и является важным показателем, определяющим рост и развитие корневой системы сельскохозяйственных культур. Действенными средствами его регулирования является чередование культур в севообороте и система обработки почвы (11.3- Станков, 1964).
На структурное состояние почвы оказывает влияние большое число факторов, но наибольшее влияние могут оказывать наличие и вид растительности, частота, сроки и глубина обработки. В частности покрытая растениями почва (без обработки) лучше сохраняет структуру (Б.А. Доспехов, 1987).
Наиболее благоприятными агрономическими свойствами, по классификации Н.З. Станкова (1964), обладает комковато-зернистая структура - почвенные агрегаты величиной 0,25 - 10 мм, при более мелких агрегатах усиливается капиллярное подтягивание влаги к поверхности и возрастает испарение, при более крупных - увеличивается обмен почвенного воздуха с атмосферным, и соответственно - потеря почвенной влаги.
Исследованиями, проведенными нами установлено содержание агрономически ценных агрегатов в слое 0-30 см перед и после распашки травосмеси и люцерны изменялось в пределах 2-3 % (табл. 8, ирил. 6).
Используя шкалу оценки структурного состояния почвы, предложенную Долговым СИ. и Бахтиным П.У. (цитир. по Науменко Е.Г. и др., 2001) нами определено, что содержание агрегатов размером 0,25 - 10 мм по вариантам опыта характеризуется как отличное.
Глыбистой фракции больше имелось на вариантах с люцерной 7,3 - 8,4 %. Процент фракций размером менее 0,25 мм меньшим, как правило, был, на вариантах с травосмесью: 4,8 - 5,6 %. Применение удобрений в дозах 10 вари анта незначительно влияло на соотношение агрегатного состава почвенных ф-ракций.
После проведения вспашки коэффициент структурности уменьшился под обеими культурами. Наименьшее значение отмечено после люцерны - 5,6. Коэффициент структурности в среднем за 2003-2005 гг. на контроле под травосмесью до распашки на 10, после па 14 % выше, чем под люцерной. Применение удобрений в дозах 10 варианта способствовало увеличению коэффициента структурности под травосмесью на 8-12 и на 4-9 % иод люцерной, без существенных различий по годам исследований. Это объясняется тем, что травосмесь накапливает в почве большую по массе корневую систему (см. раздел 4.2). Коэффициент структурности, отражающий долю агрономически ценных агрегатов в пахотном слое выше иод травосмесью ввиду наличия более мощной корневой системы, сочетающей в себе два типа корневых систем - мочковатую и стержневую.
По мнению В.Р. Вильямса, 1951, после отмирания корней и корневищ постепенно растет число промежутков, заполненных мертвым органическим веществом. Под влиянием легко проникающей в отверстия воды наполняющее их органическое вещество набухает, и под его давлением связь между отдельными участками массы почвы нарушается. По мере увеличения комковатости новые корневища развиваются в прежних ходах отмерших корневищ и, оставляя после себя новое количество мертвого органического вещества, все больше уплотняют ранее накопившееся. Образуется перегной, который содержит катион кальция. Такой перегной не дает коллоидального раствора, он прочно склеивает комки почвы, комки не расплываются в воде и почва приобретает под совокупным воздействием злаков и бобовых более прочную комковатую структуру.
Кроме того, плотность почвы зависит от се влажности - чем меньше почва увлажнена, тем плотность ее сложения меньше. Под действием ходовых систем сельскохозяйственных машин и орудий почва уплотняется, но в значительной степени наблюдается разрушение ее структуры.
Агрофизическое состояние поверхности слоя обрабатываемой почвы в основном определяет степень заплывания почвы при увлажнении и образовании почвенной корки при высыхании. В результате заметного обогащения поверхностного слоя растительными остатками, процесс заплывания почвы и образования корки проявляется слабее.
Так как под травосмесью в сравнении с люцерной имелось большее количество агрономически-ценных агрегатов, следовательно, и более водопрочных комков, то и расплываться при выпадении атмосферных осадков такая почва будет меньше. Кроме того, и запас воды в такой почве будет утрачиваться путем испарения медленнее, что оказывает влияние на суммарный расход влаги в почве (под травосмесью он меньше, см. раздел 3.1). В почве будет преобладать большее количество волосных промежутков, а следовательно, аэробные процессы разложения органического вещества будут идти быстрее.
Уменьшение разницы коэффициента структурности между травосмесью и люцерной на варианте применения удобрений в дозах 10 варианта, по-видимому, можно объяснить тем, что после отвальной обработки на поверхность выворачивается хорошо оструктуренная прослойка почвы и пашня приобретает мелкокомковатое строение. Верхний же слой, содержащий большее количество пылевидной фракции запаханный вглубь под влиянием корней растений и уплотнения постепенно восстанавливает свою структуру.
Этому и способствует вспашка с оборотом пласта многолетних трав, обеспечивающая исключение действия на него капельно-жидкой атмосферной воды, содержащей в растворе соли аммония, так как этот фактор, разрушающий структуру, и в его присутствии все другие меры будут недействительны. При этом ослабляется аэробное разложение органического вещества, что дает возможность накопления в нем перегноя.
Динамика подвижного фосфора и обменного калия
В процессах обмена веществ в растениях важную роль играет фосфор. Оптимальное фосфорное питание способствует развитию глубоко проникающей корневой системы, усилению зимостойкости, засухо- и влагоустойчивости (В.Н.Образцов, 1982).
Изменение содержания подвижного фосфора в почве определяется многими факторами, в том числе уровнем потребления растениями, применением удобрений (А.И. Гармашев, 1983).
Бобовые, как правило, вступают в симбиоз не только с клубеньковыми бактериями, но и с микоризообразующими грибами, поэтому большой интерес представляет их корневое питание в связи с образованием тройственного симбиоза (зеленое растение - бактерия - гриб). Грибы семейства Endogonaceae, поселяющиеся в корнях и на их поверхности и образующие везикулярно-арбускулярные эндомикоризы, имеют чрезвычайно широкое распространение. Грибы эндофиты, поглощая фосфор из почвы, превращают его в полифосфаты. В арбускулах полифосфатные гранулы под действием энзимов разрушаются, и доступный фосфор используется растением. Под влиянием микоризы увеличивается поглощение корнями, как фосфора, так и азота, калия, усиливается биосинтез. Как правило, грибы-микоризообразователи отсутствуют в растущей зоне корня (Н.С. Голубинская, 1981).
Первичное заражение корней эндогоиовыми грибами у бобовых начинается с фазы 3-4 листьев. В последующие фенофазы обилие гриба в тканях возрастает, увеличивается количество арбускул, появляются везикулы. Особенно их много в фазе цветения и плодоношения (Л.В. Крюгер, 1983).
Микориза эффективна в тканях растения при концентрации P2Os около 0,3 %, а повышение этого уровня негативно влияет на гриб. Ыа черноземах микориза способствует увеличению содержания фосфора во всех органах растений, особенно в генеративных: от 0,74 до 1,09 %. Внесение небольших доз суперфосфата в почву (56 кг/га) приводило к увеличению числа спор везикуляр-но-арбускулярных эндофитов на 40 %. Высокие дозы суперфосфата (более 56 кг/га) снижали количество спор в почве и оно было близко к числу спор на неудобренных участках. При инокуляции семян люцерны микоризным грибом усиливался рост растений в 1,5 раза. При комбинированном воздействии на семена бактерий Rhizobium и гриба особенно сильно стимулировался рост растений (211 % к контролю). Положительное влияние микоризы на поглощение фосфора связано и с тем, что наружный мицелий увеличивает всасывающую поверхность, выполняя роль корневых волосков (Е.П. Хрущева, И.И. Согина, 1983).
Важное значение в жизни растений имеет калий, участвующий в синтезе белков и углеводов, повышающий засухоустойчивость, морозостойкость, устойчивость к полеганию. Динамика обменного калия определяется в основном условиями увлажнения и гранулометрическим составом почвы, применением удобрений, биологическими особенностями растений. Интенсивность и направленность сезонных изменений количества его в почве примерно такие же, как и подвижного фосфора. Восполнение запасов обменного калия в почвах без внесения удобрений происходит за счет менее подвижных форм, увеличение -при внесении как минеральных, так и органических удобрений (Л.М. Жукова, Л.В.Никитина, 1986).
В связи со сложностью характера процессов, обуславливающих подвижность и доступность фосфора в почве при применении удобрений в севооборотах, которые представляют собой агроценозы с присущей им продуктивностью и другими свойствами и особенностями, теоретической и практической целесообразностью проведения исследований являлась необходимость установления количественной характеристики фосфорного режима почвы под однолетними и многолетними звеньями агрофитоценоза, имеющими одно- и многокомпонентные смеси, для выявления оптимальных показателей Р2О5, для нормального обеспечения культурных растений.
Содержание подвижного фосфора и обменного калия в почве менее подвержено изменениям, чем минерального азота.
Динамика Р205 в почве под горохом и ЗБС в течение вегетационного периода в среднем за три года исследований достаточно стабильна. Большее содержание Р205 ранней весной, в течение дальнейшей вегетации уменьшаются в результате поглощения растениями.
На контроле в слое 0-30 см под горохом и злакобобовой смесью содержание Р205 в годы исследований находилось в пределах низкой обеспеченности (8,8-11,5 мг/кг почвы), постепенно снижаясь в течение вегетации культур на 17-18 %, в слое 0-100 - на 13-20 % относительно весеннего запаса (табл. 11, прил. 9). При внесении фосфорных удобрений в дозах 6 и 10 вариантов, под предшествующую культуру, содержание подвижного фосфора к сроку посева гороха находилось в пределах средней обеспеченности Рг05, так в слое почвы 0-30 см подвижного фосфора было выше в пределах 1,5; 1,7 раза.
Накопление сухого вещества и элементов питания корневой системой и поукосными остатками травосмеси и люцерны
Важную роль в пополнении запасов гумуса и элементов питания играет органическое вещество корней и стерни. Количество его, поступающее в почву, зависит от характера выращиваемых культур, типов севооборотов, уровня получаемых урожаев и в целом почвенно-климатических условий (Н.З. Станков, 1964).
Растительные остатки сельскохозяйственных культур являются основным естественным источником пополнения почвы органическим веществом. Корни растений, вместе с надземным растительным опадом, являются главным первичным источником органического вещества в почве, за счет которого происходит образование и накопление гумуса. Характерной особенностью всего органического вещества почвы в целом, является резко выраженная динамич 87 ность. Нарастание корневой массы сопровождается прижизненным отмиранием корневых волосков и покровных тканей. Размеры накопления корневой массы в большей степени определяются биологическими особенностями растений и в меньшей, зависят от типа почвы (Ф.В. Цветков, 2000).
Максимальное количество растительных остатков и питательных веществ в почве остается после многолетних трав в сравнении с любой зерновой культурой, независимо от минерального питания. Введение многолетних трав в структуру севооборота является реальным способом повышения количества и доли поступающих элементов питания с поукосно-корневыми остатками (Е.П. Трепачев, 1985).
Масса поукосно-корневых остатков варьируется в большом диапазоне в зависимости от почвенно-климатических условий, поэтому для каждой зоны характерны свои особенности накопления и разложения их, требующие изучения.
Определенное влияние на накопление органической массы в почве при возделывании люцерны и травосмеси оказывают и поукосные остатки. Количество поукосных остатков зависит от многих условий: от способов уборки люцерны - на зеленую массу или сено, от их сроков и качества и т.д.
В среднем за 2003-2005 гг. исследований количество сухого вещества поукосных остатков люцерны и травосмеси трех лет пользования увеличивалось с каждым укосом и годом пользования при максимальных значениях к третьему укосу (табл. 16, прил. 14-15).
Удобрения в дозах 10 варианта способствовали увеличению массы: поукосных остатков люцерны по годам пользования в пределах 7-12 %, относительно контроля. На контроле накопление поукосных остатков травосмеси в сравнении с люцерной было выше на 0,13-0,21 т/га с аналогичными закономерностями увеличения по укосам и годам пользования. По травосмеси прибавка от удобрений по годам пользования 6-15 %, с большими значениями под травосмесью первого года пользования. Между урожайностью сена люцерны, травосмеси трех лет пользования и количеством сухого вещества их поукосных остатков установлена тесная корреляционная зависимость (рис. 6, 7).
Роль корневых систем заключается в функции поглощения, транспорта, синтеза и выделения продуктов жизнедеятельности, за счет которых происходит не только растворение менее доступных растениям минеральных солей, но и питание различных ассоциаций микроорганизмов. От мощности корневой системы зависит устойчивость растений к засухе, а также средообразующая роль для последующих культур.
На основании проведенных нами исследований (2003-2005 гг.) люцерна в первый год пользования к первому укосу на контроле сформировала корневую массу в слое 0-30 см 4,19 т/га сухого вещества.
С ростом и развитием люцерны корневая система активно нарастала и к третьему укосу первого года пользования увеличилась на 44 %. Увеличение ее к третьему укосу второго года пользования составило 38 % и к третьему относительно второго 7 %.
На фоне внесения удобрений (вар. 10) прибавка массы корневой системы по годам пользования к последнему укосу относительно контроля составила 21, 20 и 22 %.
Масса корневой системы травосмеси на контроле к третьему укосу первого года пользования в сравнении с массой корневой системы люцерны того же года пользования была незначительно выше и составила 6,53 т/га сухого вещества. Наибольшее увеличение массы корневой системы травосмеси 11 % в сравнении с люцерной отмечено на второй год пользования.
К периоду проведения вспашки почвы после первого укоса трав третьего года пользования разница на контроле между люцерной и травосмесью незначительна, с несколько большим значением у травосмеси. На фоне внесения удобрений в дозах 10 варианта прибавка массы корневой системы травосмеси по годам пользования составила 17, 14 и 17 %. Таким образом, преимущество массы корневой системы травосмеси на третий год пользования, к периоду проведения вспашки, в сравнении с люцерной составило па контроле 12 %, на удобренном фоне (вар. 10)-9 %.
