Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 9
2.1. Биологические особенности овса 9
2.2. Условия возделывания овса 14
2.3. Характеристика овса сорта Скакун 22
2.4. Влияние различных систем удобрения на урожайность овса 23
2.5. Влияние длительного применения удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых почв 31
2.6. Негативное влияние удобрений на агроэкосистемы 35
Экспериментальная часть
3. Объекты, условия и методы исследований 40
3.1. Агроклиматические условия западной части Нечерноземной зоны России 40
3.2. Агрометеорологические условия в годы проведения исследований 42
3.3. Схема опыта 45
3.4. Характеристика почвы опытного участка 47
3.5. Методика исследований 47
4. Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на урожайность овса 50
5. Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на качество овса 62
6. Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы 69
7. Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на экологические состояние почвы 72
7.1. Содержание тяжелых металлов в почве 72
7.2. Биологическая активность почвы 77
8. Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на вынос и баланс питательных элементов 85
9. Энергетическая и экономическая эффективность последействия влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений при возделывании овса 91
9.1. Энергетическая эффективность 91
9.2. Экономическая эффективность 92
Заключение 94
Выводы 97
Предложения производству 100
Список использованной литературы 101
Приложения 116
Приложение 1 117
- Условия возделывания овса
- Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на урожайность овса
- Содержание тяжелых металлов в почве
- Экономическая эффективность
Условия возделывания овса
На продуктивность овса влияют такие факторы, как обработка почвы, выбор сорта, применение средств защиты растений.
Своевременная и качественная обработка почвы важнейшее условие получения высоких и устойчивых урожаев овса. Такие показатели почвы, как почвенное плодородие, водный и воздушный режимы зависят от приемов обработки почвы. Все это имеет важное значение для формирования высокопродуктивного агроценоза овса. Системы обработки почвы выбирают исходя из типа почвы, метеорологических условий, предшественника, засоренности поля и других условий. Овес чаще всего замыкающая культура в севообороте, это обуславливается биологическими особенностями растения такими, как неприхотливость к уровню почвенного плодородия, эффективное использование последействия удобрений. Озимые, зернобобовые, многолетние травы и пропашные культуры являются лучшими предшественниками для овса (Федотов, Кадыров и др. 2015). Высокую прибавку урожая культура дает при возделывании в след за удобренными озимыми и пропашными. Данная культура дает высокую прибавку урожая после удобренных пропашных и озимых. Для получения качественных семян овса, культуру следует располагать в начале севооборота по хорошим предшественникам. Лен является благоприятным предшественником для культуры в нечерноземной зоне. Возделывание овса на оном поле в течение нескольких лет ведет к потере урожая. (Практическое руководство…, 2007).
Правильная обработка почвы под культуру – залог получения качественных и высоких урожаев. Система обработки почвы под овес состоит из лущения стерни, основной и предпосевной обработки, прикатывания. После уборки предшественников рекомендуют проводить лущение стерни на глубину 5-7 см, а в засушливых регионах на 8-10 см. Вслед за лущением и появлением сорняков осуществляют вспашку плугом с предплужником на глубину пахотного слоя. В Нечерноземной зоне на почвах с мелким гумусовым горизонтом важную роль имеет углубление пахотного слоя до 25-30 см.
А. С. Фисенко (2014) установила, что большое влияние на формирование высокопродуктивного агроценоза овса оказывают приемы обработки и способы посева. Наибольшую урожайность овса в опыте обеспечила вспашка. Безотвальное рыхление стойками СибИМЭ по получению урожая не уступало. Прямой посев уступал на 12,2 % по урожайности вспашке, но значительно снижал затраты. Самую высокую полевую всхожесть и густоту всходов при посеве сеялкой АУП обеспечивала вспашка.
Ранняя вспашка в отличие от поздней увеличивает урожайность овса на 2,5-3 ц/га (Вавилов и др., 1986). Весенние работы начинают с боронования в два следа и через 2-4 дня обрабатывают лаповыми культиваторами на глубину 8-10 см. После проведения основных операций проводят прикатывание, которое способствует равномерной заделке семян овса и появлению дружных всходов.
На дерново-подзолистых окультуренных среднесмытых почвах Смоленской области рекомендована безотвальная вспашка. В засушливые годы этот прием способен оказывать положительный эффект на урожайность культуры (Шмырева и др., 2006).
В опыте, проведенном на дерновосреднеподзолистой среднесуглинистой почве Среднего Предуралья, установлено, что системы подготовки почвы к посеву овса Аргамак, представленные различными видами обработки почвы (боронование, культивация, культивация с боронованием и прикатыванием, боронование и культивация) равнозначны. Предпосевные боронование (БЗТС-1,0), культивация (КПС-4,0) с боронованием (БЗСС-1,0), культивация (КМН-4,2); боронование (БЗТС-1,0) и посев СЗРС-2,1; боронование (БЗТС-1,0) и посев КА-3,6 обеспечивали накопление относительно большего запаса продуктивной влаги в слое почвы 0…50 см в фазе выхода растений в трубку и наименьший коэффициент водопотребления (Колесникова, 2013).
Не маловажным фактором при возделывании овса является норма высева семян. Нормы корректируются с учетом почвенно-климатических особенностей, сорта, засоренности полей, всхожести семян и др. Для Нечерноземной зоны норма высева овса составляет 6-7 млн всхожих семян, Центрально-Черноземной - 5,5-6,5 млн семян, в Поволжье и Урале 3,5-4,5 млн. семян (Никляев, 2000; Третьяков, Ягодин, Туликов и др., 2003; Бугаев, Гатаулина, Долгодворов, 2016). В зоне достаточного увлажнения на плодородных почвах норму высева увеличивают, а в засушливых районах уменьшают. Стоит обратить внимание на такой фактор как фитосанитарное состояние. При высокой засоренности и низком уровнем обеспеченности защитой растений можно увеличить норму высева. При хороших условиях фитосанитарного состояние норма высева семян уменьшается.
Семена овса заделывают на меньшую глубину, чем семена ячменя и яровой пшеницы. От глубины заделки зависит как полевая всхожесть семян, так и развитие растений в дальнейшем. Семена необходимо заделывать во влажный слой почвы из-за высокой их потребности во влаге в процессе набухания. Оптимальная глубина посевов считается 3-4 см (Шпаар и др., 2000). В северных районах страны на тяжелых по гранулометрическому составу почвах глубина посева не должна превышать 3 см, а на осушаемых болотах посев производят на глубину 2 см. На черноземных почвах в полузасушливых регионах семена высевают на 4-5 см. При сильном пересыхании почвы глубина заделки достигает 5-6 см.
Уход за посевами в первую очередь направлен на разрушение почвенной корки, борьбу с сорной растительностью, болезнями и вредителями. Своевременное проведение агротехнических мероприятий по уходу за посевами позволяют минимизировать потери урожая (Никитин, Спиридонов, Шестаков 2010; Евтефеев, Казанцев, 2013). Отмечается, что проведение боронования до всходов разрушает почвенную корку, в результате чего улучшается воздушный режим почвы и сокращается численность сорняков. Боронование до всходов проводят в том случае, когда у семян овса образовываются первичные корешки и начинают развиваться стебли. Так же для борьбы с засоренностью посевы овса боронуют по всходам.
Боронование овса в один след на Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева, проведенное во время фазы кущения, в среднем за 3 года повысило урожайность с 33,3 до 38,2 ц/га. Засоренность уменьшилась на 12 % (Вавилов и др., 1986). Посевы овса чаще всего засоряются яровыми сорняками: вьюнком, марью белой, редькой дикой, горцем и др. Сорные растения конкурируют с посевами овса за свет, воду и питательные элементы, что приводит к потери урожая в среднем на 20-30 %. Если порог превышает допустимый уровень, то применяют гербициды. В посевах овса показывают высокую хозяйственную эффективность гербициды: ковбой, денфиз, дифизан. Гибель сорняков колеблется от 77-95 %, прибавка урожая при этом от 0,45 до 0,81 т/га (Баздырев, Зотов, Полин, 2004). Среди вредителей овса наиболее распространенными являются шведская муха, злаковая тля, трипсы, хлебная пиявица, щелкун. Многие из этих вредителей в определенные фазы своего развития наносят серьезный ущерб растениям. Все это приводит к ухудшению физических и технологических качеств зерна. По многолетним данным НИИСX Центральных районов Нечерноземной зоны, поврежденность главных стеблей овса шведской мухой составляет 2-20%, в отдельные годы - 40-60 %, а зерен - 1-24 %, иногда больше 50 %. Поврежденность растений мухами особенно усиливается в теплые, относительно сухие годы: на некоторых участках погибает 20-69 % главных стеблей овса. Во избежание потерь урожая овса от вредителей, проводят комплекс мероприятий, включающий: механическую обработку почвы, внесение различных видов удобрений, выбор устойчивых сортов, протравливание семян, соблюдение севооборота и применение инсектицидов. Болезни овса так же наносят вред качественным и количественным показателям урожайности. К часто встречаемым болезням овса относятся различные виды головни, ржавчины, мучнистая роса, фузариоз, корневые гнили. Снижение урожайности от болезней колеблется в широком интервале от 5 % до 80 %. Мероприятия по борьбе с болезнями проводятся такие же, как с сорной растительностью и вредителями. Особое значение придают подбору устойчивого сорта и протравливанию семян.
По данным В. Ф. Мальцева, М. К. Каюмова и др. (2002) установлено, что фотосинтетический потенциал в эксперименте с овсом сорта Скакун без применения удобрений и химических средств защиты снижется. Площадь листьев уменьшается с 46,1-50,6 до 36,8 тыс. м2 /га, фотосинтетический потенциал падает на 528 тыс. м2/га дней, но в варианте с биологической технологией у культуры повышался показатель чистой продуктивности фотосинтеза и не изменялся показатель выхода зерна на 1 тыс. единиц ФПП, что и повлияло на формирование урожайности зерна.
Влияние последействия длительного применения органических и минеральных удобрений на урожайность овса
В конце пятой ротации полевого зернотравяного севооборота на двух полях в 2015 и 2016 годах изучали зависимость урожайности зерна овса от последействия различных доз и сочетаний органических и минеральных удобрений.
Данные опыта по урожайности культуры овса сорта Скакун представлены в таблицах 3-5 и на рисунках 4-6. Урожайность в контрольном варианте в 2015 году была равна20,4 ц/га, в 2016 году составила 15,1 ц/га, в среднем по двум полям – 17,7 ц/га.
По результатам опыта прибавки к урожаю в 2015 году по всем вариантам колебались от 1,2 до 15,0 ц/га (таблице 3).
Одностороннее внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений в последействии при сложившихся фонах питания растений не давало достоверной прибавки урожая зерна овса.
Следует отметить, что данная почва в пахотном слое была обеднена доступными формами калия, поэтому внесение калийного удобрения в данном случае позволяло получить прибавку, эквивалентную варианту с органической системой удобрения.
Последействие минеральной системы удобрения (N90P90K90) в 2015 году было эффективным и прибавка к контролю достигала 51 %. Положительные результаты в 2015 году были получены и в варианте последействия органо-минеральной системы в двукратной дозе (N60P60K60 + 6 т/га навоза). Повышение доз удобрений в органо-минеральной системе до 3-кратных не сопровождалось ростом урожайности зерна.
В 2016 году значимые прибавки урожая относительно контроля составили от 2,0 до 8,4 ц/га. Следует отметить, что сохранилось сходство результатов по урожайности овса в вариантах с применением калийного удобрения и навоза в 2015 году. В отношении органо-минеральной системы удобрения в вариантах различных доз следует отметить, что существенные прибавки урожайности зерна были достигнуты в последействии четырехкратных (N120P120K120 + 12 т/га навоза) и пятикратных (N150P150K1250 + 15 т/га навоза) доз, где они составили 55,3 и 65,5 % соответственно.
Таким образом, анализ полученных результатов по урожайности зерна овса при последействии различных органических и минеральных удобрений и их сочетаний в различные по метеоусловиям годы позволяет с большой уверенностью констатировать, что органо-минеральная система удобрений в сложившихся условиях многолетнего полевого опыта в четырёхкратных дозах (N120P120K120 + 12 т/га навоза) обеспечивала достоверную прибавку зерна даже в неблагоприятный по погодным условиям вегетационный период.
Результаты исследований в среднем по двум полям показали: минеральные удобрения и навоз (компост) явились важным фактором повышения урожайности овса, возделываемого в пятой ротации полевого севооборота. Длительное последействие удобрений проявлялось во многих вариантах опыта. Исключение составляли, как правило, варианты с несбалансированным внесением питательных веществ, в частности варианты с односторонним применением минерального азота (N90) и фосфора (Р90). Применение одних калийных удобрений – K90 и минеральная система – N90P90K90 в последействии обеспечили прирост урожайности овса до 20,3 и 38,4 % соответственно.
Последействие навоза (компоста), то есть органической системы удобрения, в дозе 9 т/га также было существенным, прибавка составила 3,6 ц/га зерна (20, 3%).
В последействии повышались прибавки урожая овса от органо-минеральных систем с ростом доз удобрений с единичных до пятикратных (в вариантах N30P30K30 + 3 т/га навоза, N60P60K60 + 6 т/га навоза, N90P90K90 + 9 т/га навоза, N120P120K120 + 12 т/га навоза, N150P150K150 + 15 т/га навоза) от 2,7 до 11,6 ц/га, или в процентном выражении от 15,3 до 65,5 соответственно.
Последействие органической системы удобрения (9 т/га навоза) в среднем по двум полям в пятой ротации зернотравяного севооборота обеспечило урожайность овса на уровне - 21,3 ц/га, то есть достигнута достоверная прибавка по сравнению с контролем, составившая 3,6 ц/га зерна, или 20,3 %. При этом расчеты показывают, что окупаемость одной тонны подстилочного навоза в последействии составляла 0,32 ц з. е. Для сравнения в действии органических удобрений в этом же опыте окупаемость одной тонны навоза составляла 0,97 ц з. е. при нормативном значении 0,5 ц з. е.
Максимальная прибавка урожая овса (56%) была в варианте последействия органо-минеральной системы удобрения в пятикратной дозе. Этого значения в опыте достигал лишь еще один вариант с удобрениями 2555.
На основании уравнения регрессии, полученного в среднем по двум полям установлены зависимости урожайности зерна овса от отдельных видов удобрений, которые показаны на рисунках 7-9. С возрастанием доз навоза с нулевой до пятикратной в последействии урожайность овса увеличивалась от 18 до 23,55 ц/га, фосфора - с 18 до 71,75 ц/га, калия - с 18 до 20,68 ц/га.
Таким образом, в пятой ротации полевого севооборота на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при возделывании завершающей севооборот культуры овса к эффективным вариантам следует отнести органо-минеральную систему в трех- четырехкратных дозах – N90-120P90-120K90-120 + 9-12 т/га подстилочного навоза в последействии. В этой системе удобрений с использованием азотной подкормки (N45), начиная с 2009 года, обеспечивается урожайность овса на уровне 24,1-27,5 ц/га, это на 36,2-55,3 % выше контроля.
В то же время, если принять во внимание окупаемость удобрений в последействии, то эффективным был вариант органо-минеральной системы удобрений в двукратных дозах – N60P60K60 + 6 т/га навоза, где при последействии прибавки урожая в 35 % оплата одного килограмма NPК удобрений составляла 2,3 кг зерна.
Нами было проведено сравнение величин урожайности овса в опыте в годы действия и последействия. Расчетные данные по действию удобрений приведены из работы А. В. Козловой, Г.Е. Мерзлой, Г. А. Зябкиной, Т. П. Фомкиной, И. В. Понкратенковой (2014) (таблица 4).
Следует отметить, что урожайность овса в действии удобрений в среднем за семь лет (1982, 1989, 2001, 2008, 2009) отличалась от урожайности в последействии в среднем по двум годам (2015, 2016). Урожайность зерна, полученного при последействии, была значительно ниже во всех вариантах опыта, за исключением органо-минеральной системы в пятикратных дозах, там разность составила 0,5 ц/га. При анализе последействия удобрений четко прослеживается увеличение урожайности овса с возрастанием доз удобрений в органо-минеральных системах.
Содержание тяжелых металлов в почве
Содержание тяжелых металлов в почве представлено в таблицах 9-13.
Анализ результатов определения валового содержания тяжелых металлов в пахотном слое почвы (0-20 см) по вариантам опыта, который был проведен в 2017-2018 годах, позволил выявить следующие закономерности.
Во всех вариантах опыта валовое содержание тяжелых металлов в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве не превышало ориентировочно допустимых концентраций.
Более высоким валовое содержание свинца в почве было в контрольном варианте, а также в последействии минеральной (N90P90K90) и органо-минеральных систем удобрений в трех- (N90P90K90 + 9 т/га) и пятикратных дозах (N150P150K150 + 15 т/га) (Таблица 9).
Значения по содержанию цинка варьировали от 50,7 в варианте N90 до 71,8 мг/кг в последействии органо-минеральной системы с пятикратными дозами и не превышали ОДК для исследуемой почвы (Таблица 10).
В условиях полевого опыта максимальное содержание кадмия в почве отмечено в варианте последействия органо-минеральной системы удобрений в пятикратных дозах (N150P150K150 + 15 т/га навоза), при этом значение было более чем в два раза ниже ОДК (Таблица 11).
В таблице 14 представлено валовое содержание ртути и мышьяка в почве опытного участка, анализы проведены в 2018 году. Содержание ртути во всех исследуемы образцах почвы опытного участка в разы меньше установленных для металла нормативов. Наибольшее значение Hg было почти в 80 раз меньше ПДК. По мышьяку превышений ОДК также в ходе исследований не было выявлено, максимальное значение As было зафиксировано в варианте последействия органо-минеральной системы удобрения в трехкратных дозах, оно составило 1,14 мг/кг при ОДК, равной 5.
Как видно из табличного материала, содержание некоторых тяжелых металлов, таких как свинец, медь, кадмий в контрольном варианте было даже несколько выше, чем в вариантах последействия различных систем удобрения. Однако это превышение нельзя считать значимым.
Экономическая эффективность
Экономическая эффективность последействия удобрений с учетом внесения азотной подкормки фоном была наибольшей также в вариантах с высокими прибавками урожая. Показатели чистого дохода в опыте варьировали от 556 до 6086 руб./га (таблица 24).
Исходя из проведенных расчетов высокие показатели энергетической и экономической эффективности удобрений в последействии были получены в вариантах минеральной (N90P90K90) и органо-минеральных систем в умеренных дозах N60-90P60-90K60-90 + 6-9 т/га навоз, а максимальные значения достигнуты в вариантах органо-минеральных систем в высоких дозах удобрений N120-150P120-150K120-150 + 12-15 т/га навоза ежегодно. Другими словами, эффективность последействия систем удобрений находилась в прямой зависимости от уровня применяемых доз под культуры севооборота на дерново-подзолистой почве в условиях западной части Смоленской области.
Возделывание овса сорта Скакун на дерново-подзолистой легкосуглинистой окультуренной почве в условиях западной части Нечерноземной зоны Российской Федерации малоэффективно без применения удобрений. Урожайность зерна овса, возделываемого в зернотравяном севообороте (пятая ротация), в среднем по двум полям за годы исследований (2015-2016 гг.) в контрольном варианте, где удобрения не применялись, не превышала 17,7 ц/га, т. е. была наименьшей в полевом опыте. Максимальная урожайность овса достигнута в последействии органо-минеральной системы удобрений в четырехкратных дозах, составившая 27,5 ц/га и обеспечившая достоверную прибавку урожая к контролю 9,8 ц/га, или 55,3 %. Полученная урожайность культуры в этом варианте была выше на 12 % урожайности овса, возделываемом на варианте с минеральной (N90P90K90) и на 29 % выше органической (9 т/га навоза) систем удобрения.
Урожайность зерна овса в последействии двукратных доз удобрений (N60P60K60 + 6 т/га навоза) была на уровне 23,9 ц/га при достоверной прибавке урожая по отношению к контролю 6,2 ц/га (35%) и окупаемости 1 кг NPK 2,3 кг зерна.
В последействии минеральная система удобрения (N90P90K90) и органическая с тройной дозой навоза (9 т/га) обеспечивали одинаковый уровень урожайности зерна овса (21-24 ц/га) при окупаемости 1 кг NPK удобрений 2,5 и 2,9 кг зерна.
Более высоким содержание сырого белка в зерне было в последействии органической – 10,4 %, минеральной – 9,9 % и высоких, пятикратных доз органо-минеральной системы удобрения - 8,4 %. Зерно, полученное при последействии удобрений, характеризовалось как экологически безопасное. По содержанию исследуемых тяжелых металлов: кадмия, свинца, ртути, никеля, цинка, меди и мышьяка зерно овса соответствовало гигиеническим установленным СанПиН 2.3.2.1078-01, что особенно важно, т. к. овес является ценной культурой для диетического и детского питания.
Последействие удобрений позволяло поддерживать содержание органического углерода в почве на уровне от 1,07 до 1,20 % в зависимости от варианта опыта. Более высокое содержание гумуса в почве было в вариантах последействия органо-минеральной системы в высоких (четырех- и пятикратной) дозах - 1,2 и 1,17 % С. Однако при этом в вариантах последействия органо-минеральных систем при повышении доз удобрений до пятикратных повышалась кислотность почвы до 4,6 ед., при 5,1 - на контроле.
В вариантах последействия удобрений отмечалось улучшение фосфатного режима почв, особенно заметное в варианте органо-минеральной системы с четырехкратными дозами. Последействие удобрений положительно влияло на калийный режим почвы, исключением стали варианты органо-минеральной системы удобрений в низких дозах.
Длительное применение органических и минеральных удобрений при оптимизации сочетаний и доз не оказывало отрицательного воздействия на биологическую активность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы. Целлюлозаразрушающая активность микроорганизмов, определенная методом аппликации, при последействии минеральной, органической и органо-минеральной систем удобрений в умеренных (двух-, трехкратных) дозах в годы исследований отличалась высокими показателями, степень разложения полотна характеризовалась при этом как «сильная» и «очень сильная». Аналогичная закономерность наблюдалась и при определении биологической активности почвы методом разложения органического вещества чая.
При длительном применении удобрений содержание тяжелых металлов в почве не превышало ориентировочно допустимых концентраций, но в варианте с последействием органо-минеральной системы в максимальной, пятикратной дозе (N150P150K150 + 15 т/га) содержание кадмия было более высоким, чем в других вариантах удобрений и составило 0,44 мг/кг при ОДК 1,0 мг/кг. Согласно экономической и энергетической оценке длительного последействия удобрений и с учетом оплаты удобрений прибавками урожая при возделывании овса установлена эффективность последействия в варианте органо-минеральной системы удобрения в двукратных дозах, где в условиях опыта энергетический коэффициент достигал 3 ед., условно чистый доход 3100 руб./га.
Таким образом, в результате исследований в системе удобрения-почва растение в длительном полевом опыте, заложенном в 1978 г на дерново подзолистой легкосуглинистой почве в западной части Нечерноземной зоны Российской Федерации (Смоленская область, п. Ольша), при сравнительном изучении различных систем удобрений установлен наибольший агроэкологический эффект последействия органо-минеральной системы в дозах N120P120K120 + 12 т/га подстилочного навоза ежегодно при поддерживающей подкормке азотом 45 кг/га д. в., что обеспечивает получение экологически безопасного зерна на уровне 27,5 ц/га, повышение биологической активности почвы и улучшение ее агрохимических свойств.