Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние удобрений на плодородие почвы, урожайность и качество культур полевого севооборота 6
1.1. Плодородие и агрохимические свойства почвы в зависимости от удобрения 6
1.2. Урожайность и качество культур полевого севооборота в зависимости от удобрений 18
Глава 2. Цель, задачи, условия и методика проведения исследований 42
2.1. Цель и задачи исследований 42
2.2. Природные условия 43
2.2.1. Географическое положение 43
2.2.2. Климатические условия 43
2.2.3. Рельеф 46
2.2.4. Растительность 46
2.2.5. Гидрология 47
2.2.6. Почвы 48
2.3. Методика проведения исследований 50
Глава 3. Влияние систем удобрения в полевом севообороте на водный и пищевой режим почвы . 53
3.1. Влажность почвы 53
3.2. Агрохимические свойства почвы 56
3.3. Питательный режим почвы 63
3.3.1. Гумус 64
3.3.2. Нитратный азот 66
3.3.3. Аммиачный азот 69
3.3.4. Подвижный фосфор 73
3.3.5. Обменный калий 76
Глава 4. Влияние систем удобрения на рост, развитие растений и потребление ими питательных веществ 80
4.1. Рост и формирование вегетативной массы растений 80
4.2. Накопление сырой и сухой надземной массы растений... 86
4.3. Потребление N, Р, К в период вегетации растений 89
Глава 5. Влияние удобрений на урожайность культур полевого севооборота 99
5.1. Урожайность культур 99
5.2. Продуктивность севооборота 106
Глава 6. Влияние удобрений на качество урожая культур полевого севооборота 110
6.1. Химический состав 110
6.2. Качество продукции 114
Глава 7. Баланс основных питательных элементов в полевом севообороте 121
7.1. Вынос питательных веществ с урожаем 121
7.2. Баланс питательных веществ в почве 127
Глава 8. Эффективность применения удобрений в звене севооборота 134
8.1. Экономическая эффективность 134
8.2. Окупаемость удобрений дополнительной продукцией... 138
8.3. Энергетическая эффективность 140
Выводы 144
Рекомендации производству 147
Список использованной литературы 148
Приложения 172
- Урожайность и качество культур полевого севооборота в зависимости от удобрений
- Агрохимические свойства почвы
- Накопление сырой и сухой надземной массы растений...
- Окупаемость удобрений дополнительной продукцией...
Введение к работе
Важнейшим фактором интенсификации сельскохозяйственного производства является химизация, в частности, широкое применение удобрений. Удобрения, повышая урожай растений, изменяют содержание в них Сахаров, белков, жиров, крахмала и других показателей, которые служат важнейшей качественной характеристикой урожая. Следовательно, правильное и эффективное использование удобрений способствует не только получению высокого урожая, но и улучшению его качества, что приводит к увеличению производства сельскохозяйственной продукции.
В современных условиях задачей науки является создание таких проектов, которые позволяют получать больше продукции с наименьшей площади и наименьшими затратами, при этом не нужно забывать о качестве продукции, о сохранении плодородия почв и предотвращении техногенного загрязнения окружающей среды.
Несомненно, удобрения способствуют повышению урожая, плодородия почв, но при нерациональном их использовании трудно достигнуть желаемого экономического эффекта. Они очень дорого обходятся хозяйствам, поэтому возникает необходимость более детального подхода к разработке систем удобрения, приемлемых для данных конкретных природных условий.
Почвы Северной Осетии испытывают недостаток в элементах питания и отличаются большой неоднородностью. Несмотря на это, удобрения вносятся в недостаточных количествах и зачастую нерационально, без учета эффективного почвенного плодородия.
Эффективность систематического применения удобрений в условиях Северной Осетии была изучена недостаточно, поэтому возникла необходимость исследования влияния систематического применения удобрений на плодородие почвы, продуктивность культур звена полевого севооборота, качество продукции в различных почвенно-климатических условиях рее-
публики. В связи с этим в 1971 году кафедрой агрохимии Горского ГАУ на выщелоченных черноземах учебно-опытного хозяйства Горского ГАУ (с. Алханчурт) был заложен длительный стационарный опыт по изучению эффективности различных вариантов системы удобрения в полевом севообороте. Данная работа является фрагментом этих исследований за 2001-2003 годы в звене севооборота: люцерна, озимая пшеница, кукуруза на силос.
В результате проведенных исследований выявлены оптимальные дозы, сроки и способы внесения удобрений, что позволит с максимальной эффективностью использовать питательные вещества, сохраняя при этом плодородие почв, обеспечить высокую продуктивность и хорошее качество культур изучаемого звена севооборота, повысить эффективность растениеводческой отрасли.
Урожайность и качество культур полевого севооборота в зависимости от удобрений
Люцерна - высокоурожайная, многоукосная культура. В Средней Азии, Закавказье, в южных районах России в условиях орошения в чистом посеве она способна давать 4...5 и более полноценных укосов с общим урожаем сена 10...20 и даже 30 т/га (Рафаэлян Р.К., 1966). Известны случаи (Соколов А.А. и др., 1934), когда в южных районах США люцерна давала до 11 укосов за год.
Травостой люцерны используется для получения разных видов корма — зеленой массы, сена, травяной белково-витаминной муки, травяной резки, кормовых гранул и брикетов, сенажа, силоса и высокобелкового концентрата. Многими исследователями подчеркивается высокая питательная ценность люцерны. Изучению ее химического состава посвящены многочисленные работы как отечественных, так и зарубежных исследователей (Томмэ М.Ф. и др., 1948; Томмэ М.Ф., 1964; Dent J., Zaleski А., 1954; Попов И.С., 1956; Сметанникова А.И., 1967; Инькова М.А., 1973; Андреев Н.Г., Инькова М.А., 1974; Посыпанов Г.С., Кашин М.А., 1976).
Минеральные удобрения под многолетние травы должны применяться с учетом содержания доступных элементов питания в почве, планируемой урожайности, которая должна устанавливаться с учетом климатических особенностей регионов, возможности орошения и других факторов (Асланов И.Е. и др., 1981).
Исследованиями Т.К. Лазарева (2001) установлено, что внесение минеральных удобрений под люцерну значительно повышало на выщелоченных черноземах ее урожайность по всем вариантам. При суммарной за 2 укоса урожайности зеленой массы люцерны на контроле 178 ц/га одинарная доза NPK обеспечила прибавку в 119 ц/га (66,9%), двойная - 164 ц/га (92,1%), а тройная - 266 ц/га (149,4%). Одновременное удвоение доз азота и фосфора на фоне одинарной дозы калия обеспечило прибавку 30 ц/га (16,8%). Утроение дозы азота на фоне P2Ki и Р2К2 увеличило урожай по сравнению с двойной дозой NPK соответственно на 50 и 34 ц/га (19,7 и 19,1%). Утроение дозы фосфора на фоне N2Ki и N2K2 повысило урожай гораздо существеннее - соответственно на 83 и 67 ц/га (38,2 и 37,7%). Это свидетельствует о доминирующем положении фосфора в составе NPK.
Особое место среди элементов минерального питания люцерны занимает азот. В.Н. Грицюк (1971), Е.П. Терехов (1976), Л.М. Доросинский и Л.М. Афанасьева (1978) отмечали, что при благоприятных условиях симбиоза клубеньковые бактерии полностью удовлетворяют потребности растения-хозяина в азоте без дополнительных внесений минерального азота. В тоже время И.Е. Асланов и др., (1981) считают, что внесение азотных удобрений - непременное условие для получения высоких и устойчивых урожаев кормовой массы многолетних трав.
Для получения 950 ц/га зеленой массы люцерны за два года основного использования требуется примерно 560 кг/га азота. Это количество люцерна в основном получает из воздуха с помощью азотфиксирующих бактерий (Borchmann W., 1962; Bergmann W., 1965; Asmus F., Witter В., 1966). Поэтому в годы основного использования нет необходимости во внесении азота. Только перед высевом люцерны в чистом виде желательно внести 20-30 кг/га азота, потому что бактерии еще не обеспечивают ее азотом. Это доза азота ускоряет медленное начальное развитие люцерны, травостой быстрее смыкается, что в некоторой степени способствует подавлению прорастающих сорняков (Неринг К., Люддекке Ф., 1974).
На обыкновенных и южных черноземах многолетние бобовые травы больше всего нуждаются в фосфорных удобрениях. В степных районах Украины под многолетние травы в виде основного удобрения рекомендуется вносить по 20-25 т/га навоза, 40-60 кг/га действующего вещества фосфорных и 30 кг/га д.в. калийных удобрений. В Ставропольском научно-исследовательском институте сельского хозяйства на мицеллярно-карбонатном черноземе со средней обеспеченностью подвижными формами фосфора и калия от внесения РшКбо сбор сена люцерны повышался с 90,8 до 194,6 ц/га. Дополнительное внесение на фосфорно-калийном фоне N60 увеличило урожайность сена до 209,6 ц/га (Асланов И.Е. и др., 1981).
Многочисленными опытами доказана зависимость интенсивности поглощения питательных веществ от фазы развития растений. По данным Н.Г. Андреева и К.А. Карпова (1970), при накоплении 25% сухого вещества молодые растения потребляют фосфора 75 %, а калия 50% от наибольшего потребления.
Данные научно-исследовательских учреждений Нечерноземной зоны европейской части страны показывают, что при внесении 45-60 кг действующего вещества фосфорных и такого же количества калийных удобрений многолетние бобовые травы и бобово-злаковые травосмеси повышают сбор сена с 1 га на 15-20 ц (Асланов И.Е. и др., 1981).
К основным факторам, влияющим на активность симбиотической фиксации азота воздуха, относится уровень обеспеченности подвижным фосфором и обменным калием (Каширин А., 1967; Гукова М.М., Арбузова И.Н., 1969; Петров Л.Н., 1981; Михеев Е.К., Шкрибтиенко А.П., 1982; Фи-липьев И.Д., Шкрибтиенко А.П., 1983). Значению фосфора в активизации азотоусвоения бобовыми растениями большое внимание уделял А. Sankaramet.al(1963).
В республиках Закавказья для обеспечения высокого урожая люцерны в год посева рекомендуется вносить Р50-90К45-60 По данным научных учреждений, люцерна в Западной Сибири при внесении РбоКбо повышала урожайность сена на 8,2 ц/га, или на 13,1 %. По данным Тулунской селекционной станции, на серых лесных почвах фосфорные удобрения увеличивали сбор сена люцерны на 8 ц/га, или на 24%, фосфорно-калийные - на 42%. В условиях Средней Азии при возделывании люцерны основное внимание уделяют фосфорному питанию растений, а на старопахотных землях и калийному. Так, в Узбекистане на луговой незасоленной или слабозасоленной культурной почве при урожаях сена без внесения удобрений 92 ц/га прибавка от применения Р60 составила 25,3 ц, К6о - 9,4, РбоКбо - 34,4 ц/га (Асланов И.Е. и др., 1981).
Агрохимические свойства почвы
К агрохимическим показателям почвы относятся: кислотность почв — актуальная, обменная, гидролитическая; сумма поглощенных оснозаний; емкость поглощения и степень насыщенности основаниями. Кислотность почвы оказывает большое влияние на усвоение питательных элементов, рост и развитие растений, урожайность, деятельность почвенных микроорганизмов.
Изучение закономерностей изменения агрохимических свойств почвы и продуктивности сельскохозяйственных культур при длительном применений удобрений имеет важное значение для разработки научных основ повышения плодородия почвы. Краткосрочные полевые опыты не дают полного ответа на такие вопросы как изменение биологических свойств почвы, накопление различных элементов при внесении удобрений, изменение агрохимических и физико-химических свойств почвы, сохранение окружающей среды и многие другие (Мальцев В.Т., Мошкарев В.Н., 2000; Дзанагов С.Х., Лазаров Т.К., 2002).
Наряду с увеличением запаса усвояемых питательных веществ удобрения существенно влияют на многие свойства почвы, улучшая их, а иногда и ухудшая (Авдонин Н.С., 1972). За период исследований актуальная кислотность на удобренных вариантах имела тенденцию к повышению (рис. 4, прил. 2). Наибольшее значение рН(н2о) за вегетацию люцерны было на контроле - 6,34. Внесение одинарной дозы NPK уменьшало этот показатель на 0,18, двойной на 0,25 и тройной на 0,46, то есть под влиянием физиологически кислых удобрений актуальная кислотность почвы повышалась, при том чем выше дозы, тем сильнее.
Аналогичные изменения происходили по озимой пшенице и кукурузе на силос. В среднем за три года рНв0ДН. на контроле составил рН=6,15, тогда как удобрения снизили его на 0,15-0,29 единиц рН, то есть актуальная кислотность повысилась.
Такая же закономерность была выявлена по обменной кислотности (рис. 5, прил. 3). С увеличением доз удобрений значения pbVci) уменьшались. Так, в 2001 году под люцерной на удобренных вариантах значение рН(ксі) снизилось до 4,42 в варианте N3P3K3, в 2002 году под озимой пшеницей до 4,45, в 2003 году под кукурузой на силос до 4,42 по сравнению с контролем, где рН был равен соответственно 4,91, 4,70, 4,82. Физиологическая кислотность удобрений подкисляла почву.
Наши исследования показали, что за 32 года на выщелоченных черноземах полевого стационарного опыта изменились показатели кислотности, сумма поглощенных оснований, емкость поглощения, степень насыщенности почв основаниями (табл. 3). По всем вариантам величина рНС0Л. уменьшалась по сравнению с исходным. На удобренных вариантах максимальное снижение наблюдалось на варианте N3P3K3 - 4,42 ед.рН при исходном - 6,5 ед.рН. Причиной ухудшения физико-химических свойств почвы является физиологическая кислотность удобрений, наиболее отчетливо выраженная у азотных удобрений, в частности, сульфата аммония, аммиачной селитры, мочевины (Дзанагов С.Х., 1987).
Гидролитическая кислотность в звене севооборота в начале уменьшалась, а затем к концу вегетации увеличивалась (рис. 6, прил. 4). За 3 года исследований максимальные значения имел вариант расчетной дозы NPK -4,03, 3,97, и 3,89 мг-экв./100 г почвы, а минимальные - вариант наво-за+NPK - 1,95, 1,82, 1,84 мг-экв./100 г почвы. Как видим, навоз способствовал нейтрализации кислотности почвы. В среднем за 3 года гидролитическая кислотность на контроле составила 2,37 мг-экв./ЮО г почвы. На расчетном варианте она составила 3,96 мг-экв./ЮО г почвы, ему немного уступал вариант тройной дозы NPK - 3,84 мг-экв./ЮО г почвы.
Гидролитическая кислотность (1971-2003 гг.) снизилась на контроле и варианте с навозом по сравнению с исходным уровнем, тогда как на вариантах с минеральными удобрениями она повысилась, причем прямо пропорционально уровню NPK (табл. 4). Наибольшее подкисляющее действие оказали расчетная доза и тройная доза NPK. Навоз оказывал нейтрализующее действие на кислотность почвы.
На удобренных вариантах сумма поглощенных оснований в почве под культурами звена полевого севооборота увеличивалась по сравнению с контролем (рис. 7, прил. 5). Наибольшее увеличение в среднем за 3 года наблюдалось на варианте навоз+NPK - 33,3, затем следуют варианты NiPjKi, N2P2K2 - по 32,2 при значении на контроле 31,4 мг-экв./100 г почвы.
Как на контроле, так и на удобренных вариантах в 0-20 см слое почвы сумма поглощенных оснований была выше, чем в 20-40 см слое. В 2003 году сумма поглощенных оснований повысилась на всех вариантах на 5,0-5,6 мг-экв./ЮО г почвы, тогда как в 1971 году (исходный) этот показатель был равен 26,6 мг-экв./ЮО г почвы (табл. 5). Значение емкости поглощения катионов на контроле в среднем за три года составило 33,8 мг-экв./100 г почвы (рис. 8, прил. 6). Внесение тройной и двойной дозы NPK увеличило ее на 1,6 и 1,8 мг-эквЛОО г почвы соответственно. В целом емкость поглощения почвы на удобренных вариантах изменялась незначительно, но заметно превосходила его значение на контроле.
Накопление сырой и сухой надземной массы растений...
Вносимые удобрения не только усиливали рост растений, увеличивали площадь листьев, но и повышали формирование сырой и сухой биомассы за счет усиленного развития растений.
Исследования показали, что на всех удобренных вариантах, как и на неудобренном, растения люцерны в ходе вегетации увеличивали сырую и сухую биомассу, причем на удобренных вариантах в большей степени, чем на контроле (рис 29, 30, прил. 28, 29). Наибольшее количество сырой и сухой биомассы накопилось на расчетном варианте - 244,6 ц/га и 73,8 ц/га соответственно. Этому варианту немного уступал вариант N3P3K3 - 227,1 ц/га и 66,5ц/га соответственно. Эквивалентные варианты N2P2K2 и навоз+NPK почти не отличались друг от друга по накоплению сухой биомассы растений.
Растения озимой пшеницы на всех вариантах от фазы выхода в трубку до фазы восковой спелости усиленно накапливали сухую биомассу. С начала и до конца вегетации преимущество имел расчетный вариант. В фазу восковой спелости этот вариант накопил 110,7 ц/га, что больше на 22 ц/га, чем на контроле. На втором месте был вариант N3P3K3 - 106,4 ц/га. Ему немного уступал вариант навоз+NPK - 104,2 ц/га.
На опытном поле КСХИ (Куркаев В.Т., Бунякина Р.Ф., 1978) были получены аналогичные данные. Максимальное накопление сухого вещества наблюдалось в период выход в трубку - восковая спелость. В штате Индиана (США) нарастание сухой массы кукурузы продолжается с большей и довольно равномерной интенсивностью, начиная примерно за две недели до появления метелки и вплоть до молочной спелости зерна (Журбицкий З.И., 1959). Такие же данные получены С.С. Андреенко, Ф.М. Куперман(1959).
Сухая и сырая биомасса кукурузы на силос с начала вегетации накапливалась медленно, затем с фазы выметывания до молочно-восковой спелости накопление происходило интенсивно (рис. 32,33 прил. 31, 32). Причем в вариантах N3P3K3 и расчетный проходило сравнительно одинаково. В фазу молочно-восковой спелости показатели были максимальными - 231,4 ц/га, 348,2 ц/га и 235,7 ц/га, 355,5 ц/га соответственно, при значении на контроле 116,4 ц/га, 174,5 ц/га. Аналогичное накопление происходило на вариантах N2P2K2 и навоз+NPK и составило 226,7 ц/га, 341,7 ц/га и 227,3 ц/га, 344,4 соответственно. В период вегетации растений потребление азота, фосфора и калия осуществляется неравномерно. Поэтому необходимо знать критические периоды питания растений и с учетом этого пополнять элементами питания в нужных количествах. Недостаток элементов питания вызывает ухудшение роста и развития растений, что снижает в последующем урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.
Наши исследования показали, что относительное содержание азота в растениях люцерны на всех вариантах опыта максимальным было в фазу появления всходов (рис. 34, прил. 33). Затем значительно снизилось в фазе нарастания вегетативной массы и несколько увеличилось к 1-му укосу. Во второй половине вегетации (от нарастания вегетативной массы ко 2-й бутонизации) по всем вариантам процент азота в растениях увеличивался по сравнению с первой половиной вегетации, что объясняется большим накоплением сухого вещества растениями.
Окупаемость удобрений дополнительной продукцией...
Данные экономической эффективности удобрений в денежном выражении являются относительными, они могут объективно отражать картину только в определенный период времени и на определенной местности, пока действуют данные расценки на удобрения и продукцию. Поэтому мы решили дать сравнительную оценку эффективности систем удобрения по такому объективному и стабильному показателю как окупаемость внесенных удобрений полученной дополнительной продукцией (табл. 29). Этот показатель исчисляется путем сопоставления величины прибавки урожая и количества внесенных удобрений. Расчеты показали, что наибольшей окупаемостью удобрений дополнительной продукцией зеленой массы люцерны отличался вариант N3P2K2 - 85,1 кг/кг д.в. Окупаемость удобрений озимой пшеницей была наибольшей на варианте с навозом - 11,2 кг/кг д.в., а кукурузой на силос - на варианте N2P2K - 23,2 кг/кг д.в. В среднем по звену севооборота наибольшей окупаемостью удобрений дополнительной продукцией выделялся расчетный вариант - 14,9 кг з.е./кг д.в., но вариант с навозом с сравнительно немаленькой прибавкой по звену и небольшими затратами удобрений считается предпочтительной -13,7 кг з.е./кг д.в.; наименьшей окупаемостью характеризовался вариант с одинарной дозой удобрений - 9,3 кг з.е./кг д.в. Неравномерное изменение показателей окупаемости удобрений можно объяснить отсутствием прямой пропорциональной зависимости между возрастанием доз удобрений и повышением урожайности культур.
С увеличением доз удобрений в NPK окупаемость их снижается, что подтверждается и другими авторами (Хекилаев А.Б., 1994; Дзанагов С.Х., 1999; Лазаров Т.К., 2001 и др.) Таким образом, каждый внесенный килограмм действующего вещества удобрений способствует получению 9,3-14,9 килограмм зерновых единиц дополнительной продукции, что свидетельствует о высокой окупаемости удобрений. Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства, рост продуктивности земледелия сопровождаются увеличением затрат не-возобновляемой энергии, в том числе и в результате применения удобрений. Поэтому проблема снижения затрат энергии на производство сельскохозяйственной продукции приобретает в последние годы все большую актуальность. Сегодня важно разрабатывать и использовать энергосберегающие технологии, при которых меньше затрачивается энергии на производство сельскохозяйственной продукции. Энергетическая эффективность применения удобрений - соотношение накопленной в дополнительном урожае биологической энергии с затратами технической энергии, связанными с применением удобрений (В.Г. Минееви др., 1993).
Определенное влияние на энергетическую эффективность минеральных удобрений оказывает почва и, прежде всего, ее агрохимические свойства. Зависимость энергетической эффективности от обеспеченности питательными веществами, особенно подвижным фосфором, подтверждается результатами 139 полевых опытов. Согласно расчетам, оптимум затрат на 1 ц прибавки зерна озимой пшеницы на черноземах выщелоченных можно принять равным 1100 МДж, черноземах типичном и обыкновенном — 981 МДж, черноземах южном и предкавказском и каштановых почвах — 1053 МДж. Результаты исследований свидетельствуют о высокой энергоотдаче удобрений и низких энергозатратах на получение 1 ц зерна озимой пшеницы на почвах с низким и средним содержанием подвижного фосфора (Дза-нагов С.Х., Хадикова Т.Б., 2002). Расчет производили по методике, предложенной В.Г. Минеевым и др. (1993). Содержание энергии в 1 ц урожая составляло: зеленой массы люцерны - 140 МДж, зерна озимой пшеницы - 1645 МДж, зеленой массы кукурузы на силос - 485 МДж. В совокупных энергозатратах на осуществление технологического процесса минеральные удобрения в расчете на 1 кг д.в. оценивают следующим количеством энергии: азотные - 86,6 МДж, фосфорные - 12,6 МДж, калийные - 8,3 МДж, навоз - 0,42 МДж. Результаты расчета энергетической эффективности применения удобрений в звене севооборота представлены в табл. 30. Наиболее энергоемким оказалось возделывание озимой пшеницы. Энергетические затраты на применение удобрений под эту культуру наибольшими оказались в варианте N3P3K3 - 15498 МДж/га, наименьшими - в варианте с одинарной дозой удобрений 5166 МДж. Наибольший показатель энергетической эффективности был присущ вариантам навоз+NPK и Ы2РгК2 - соответственно 4,63 и 4,06 ед. Наибольшие затраты энергии на применение удобрений под кукурузу на силос отмечены на расчетном варианте - 14171 МДж/га, а наименьшие в варианте NjPiKi - 4300 МДж/га. По показателю энергетической эффективности лидировали, как и в случае с озимой пшеницей, варианты навоз+NPK и N2P2K2 - соответственно 2,93 и 2,83 ед. При возделывании люцерны наиболее энергоемким оказался расчетный вариант - 6834 МДж/га, а наиболее энергетически эффективным - вариант N2P3K2 - 3,98 ед.
