Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 5 стр.
1.1 Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность травостоев 6 стр.
1.2 Влияние органических и минеральных удобрений на ботанический состав травостоев 13 стр.
1.3 Влияние органических и минеральных удобрений на химический состав корма 17 стр.
1.4 Влияние органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы 24 стр.
2. Условия и методика проведения исследований 28 стр.
2.1 Характеристика рельефа, почвы и растительности 28 стр.
2.2. Схема опыта и методика исследований 30 стр.
2.3. Агрометеорологические исследования 34 стр.
3. Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность и ботанический состав травостоев 40 стр.
3.1 Влияние удобрений на урожайность травостоя 40 стр.
3.2 Изменение ботанического состава травостоя при внесении органических и минеральных удобрений 50 стр.
3.2.1 Влияние удобрений на содержание злаковых трав 50 стр.
3.2.2 Влияние удобрений на содержание бобовых в травостое .57 стр.
3.2.3 Влияние удобрений на содержание разнотравья в травостое 61 стр.
4. Влияние органических и минеральных удобрений на биохимический состав травостоев 65 стр.
4.1 Влияние удобрений на содержание органических веществ...65 стр.
4.2 Влияние удобрений на минеральный состав корма 72 стр.
5. Экологические аспекты действия бесподстилочного навоза и мине ральных удобрений на формирование травостоев 78 стр.
6. Агроэнергетическая оценка 81 стр.
Выводы и предложения 83 стр.
Список использованной литературы 87 стр.
Приложения 103 стр.
- Влияние органических и минеральных удобрений на ботанический состав травостоев
- Влияние органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы
- Изменение ботанического состава травостоя при внесении органических и минеральных удобрений
- Влияние удобрений на минеральный состав корма
Введение к работе
В Нечерноземной зоне РФ луговые кормовые угодья являются основным поставщиком корма для сельскохозяйственных животных. Однако почвы данного региона, в основном, бедны элементами питания. Даже при благоприятных условиях увлажнения сбор сена с не удобряемых лугов не превышает 10-15 ц с 1 га.
В Нечерноземной зоне, где естественное плодородие почв очень низкое, а влагообеспеченность достаточная, внесение удобрений в рациональных дозах позволяет многократно повысить урожайность лугов и получать до 5-7 тыс. корм. ед. с 1 га высококачественного корма.
Однако в сложившихся экономических условиях в последние годы наблюдается сокращение производства и применения удобрений. В 1999 г. использование минеральных удобрений под основные культуры сократилось в 12 раз, органических - в 7 раз по сравнению с 1990 годом. Из числа удобряемых объектов исключаются сенокосы и пастбища.
В этой связи актуальны научные разработки по установлению оптимальных экологически безопасных систем удобрений, возможности сокращения доз или замены минеральных удобрений за счет органических.
Важно также установить закономерности формирования высокопродуктивных травостоев при оптимизации доз удобрений, обеспечивающих выход биологически полноценной кормовой продукции.
Многообразие почвенно-климатических и агротехнических условий, разные уровни плодородия почв и планируемых урожаев делают актуальными разработки, имеющие региональное значение. Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в агроэкологическом обосновании формирования высокопродуктивных сеяных травостоев, обеспечивающих получение ценных кормов для животноводства, в зависимости от различных доз и сочетаний бес подстилочного навоза крупного рогатого скота и минеральных удобрений на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве северо-запада Нечерноземной зоны РФ.
Для достижения цели решались следующие задачи:
- определить закономерности формирования урожая сеяного травостоя при использовании бес подстилочного навоза и минеральных удобрений в широком диапазоне доз;
- выявить изменения ботанического состава травостоя в зависимости от доз и сочетаний удобрений;
- установить биохимический состав и качество сена многолетних трав в зависимости от изучаемых факторов;
- определить агроэкологические особенности использования бес подстилочного навоза и минеральных удобрений в различных дозах и сочетаниях;
- определить энергетическую эффективность исследуемых приемов.
Влияние органических и минеральных удобрений на ботанический состав травостоев
Многочисленные исследования [7,29,43,51,55,65,82,116] свидетельствуют, что ботанический состав травостоев на культурных кормовых угодьях в значительной мере зависит от вида и нормы применяемых удобрений.
При внесении удобрений большее развитие получают ценные в кормовом отношении травы: тимофеевка луговая, овсяница луговая, ежа сборная, а из травостоя выпадает малоценное разнотравье (лютик ядовитый и ползучий, ястребинка, василек луговой).
По данным П. И. Ромашова [118], при систематическом внесении одной навозной жижи (азотно-калийное удобрение) без дополнения ее фосфорными удобрениями наблюдается массовое засорение лугов крупным разнотравьем, способным извлекать фосфор из глубоких горизонтов почвы. В этих условиях ценные злаковые и бобовые травы выпадают.
Еще И. Лооз и И. Гильберт в своих известных опытах с удобрениями на лугах (заложены в 1856 г. и продолжаются до настоящего времени) в Ротамстеде (Англия) наблюдали слабое развитие бобовых на делянках без калийного удобрения и полное исчезновение их из травостоя при систематическом внесении полного минерального удобрения (NPK). В последнем случае пышно развивались немногие виды злаковых трав. На сеяных сенокосах длительного пользования с небольшим участием бобовых фосфорно-калийное удобрение хотя и повышает количество бобовых в травостое, но незначительно [118].
В опытах В. В. Белкина [22] применение жидкого навоза приводило к резкому изменению ботанического состава травостоя. При внесении высоких доз жидкого навоза бобовые почти полностью выпадали из травостоя, в результате чего образовывался богатый верховыми злаками, особенно ежой сборной, травостой.
Большое влияние на изменение ботанического состава травостоя оказывают азотные удобрения. Необходимость внесения азота обусловливается в значительной степени ботаническим составом травостоя. По многочисленным данным [15,25,71,1 19,133], эффективность азотных удобрений значительно выше на злаковых травостоях, чем на бобовых и бобово-злаковых. Это связано с тем, что бобовые переходят на питание минеральным азотом, не увеличивая при этом урожая. Азотные удобрения вносят при уменьшении участия или выпадении бобовых из травостоев и при достаточном количестве в нем высокопродуктивных злаков.
При использовании азота совместно с различными вариантами внесения фосфорно-калийных удобрений наблюдаются одни и те же закономерности. С возрастанием доз азота увеличивается группа злаковых трав за счет снижения в травостое бобовых и разнотравья. На бедных почвах при ежегодном внесении азота в высоких дозах (Nw и выше) через 1-2 года бобовые полностью выпадают из травостоя при сенокосном использовании [6,15,125]. Есть данные, что при дозах азотных удобрений свыше 100 кг на 1 га действующего вещества в травостое преобладали злаки, а при внесении 80-100 кг на 1 га содержание клеверов в травостое составило 30-40 % [139].
Мнения исследователей относительно применения минеральных азотных удобрений под бобовые травостои расходятся, так как исследования проводятся в различных почвенных, климатических и агротехнических условиях.
Ряд исследователей [42,68] считают, что при достаточном содержании клевера в травостое внесение азотного удобрения необязательно. В опытах Н. А. Донских [43] рациональной дозой азотного удобрения под бобово-злаковые травостои является 60 кг на 1 га действующего вещества. По мнению А. А. Кутузовой [70] азотные удобрения отрицательно влияют на развитие клеверов - бобово-злаковые травостои следует удобрять фосфорно-калийными удобрениями. В исследованиях В. Ф. Костиной [62] увеличение нормы фосфорно-калийных удобрений с РадКод до PIROKIRO не оказало положительного влияния на содержание клевера лугового в травостое. Внесение в подкормку трав весной 60 кг на 1 кг азота на фоне РіsobC180 явилось причиной выпадения из травостоя клевера лугового.
Положительное действие азотных удобрений на содержание в травостое злаковых растений и снижение содержания бобовых, разнотравья и менее ценных злаковых растений отмечается как в опытах географической сети с удобрениями на лугах нашей страны, так и в аналогичных опытах, проводимых в других странах [15,83,118,159].
Рациональное применение минеральных удобрений на бобово-злаковых травостоях основывается на особенностях питания бобовых и злаковых компонентов. Злаковым травам нужны доступные формы азота в почве. Они обладают более разветвленной корневой системой и при недостаточном содержании фосфора и калия в почве могут поглощать эти соединения в большей мере, чем бобовые. При недостатке фосфора и калия в почве или использовании малых доз фосфорных и калийных удобрений это приводит к вытеснению бобовых из смешанных травостоев. Под смешанные бобово-злаковые травостои необходимо ежегодно вносить фосфорные и калийные удобрения в дозе Р45-б()Кб()-кш в зависимости от содержания подвижных форм Р205 и К20 в почве [5].
Влияние органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы
Исследования ученых показывают, что применение органических и минеральных удобрений приводит к закономерному изменению агрохимических свойств почвы [11,20,24,50,56,66].
Литературные данные свидетельствуют, что один бесподстилочный навоз незначительно влияет на плодородие почвы, на такие его показатели, как содержание гумуса и азота. Внесение низких доз навоза не обеспечивает даже воспроизводства исходного уровня гумуса, что обусловлено высоким содержанием легкоразлагающихся органических соединений, а также низким отношением углерода к азоту (5-10:1). Однако, внесение высоких доз бесподстилочного навоза (влажность 90 %) способствует повышению плодородия почвы, существенному увеличению доступных питательных веществ и гумуса.
Ряд исследователей [86] указывают, что длительное применение полужидкого навоза, а также сочетание его с минеральными удобрениями приводит к обогащению почвы не только органическим веществом, но и минеральными соединениями фосфора и калия. Причем эта закономерность характерна как для верхних, так и более глубоких слоев почвенного профиля. Размеры накопления фосфора и калия зависят от длительности систематического внесения удобрений, величины доз, интенсивности использования питательных веществ растениями, особенностей почвенно-климатических условий и других факторов. По данным Г. Е. Мерзлой [87], бездефицитный баланс гумуса в почве достигался только при максимальной дозе навоза - 16 т на 1 га. При внесении одного навоза или одних минеральных удобрений не удавалось достичь бездефицитного баланса калия. Один навоз не обеспечил и благоприятный фосфатный режим.
На опасность загрязнения грунтовых вод нитратами при неправильном хранении и внесении необоснованно высоких доз бесподстилочного навоза указывают многие исследователи [21,34]. По данным В. А. Васильева и М. М Швецова [33], внесение бесподстилочного навоза (360 кг азота на 1 га) приводило к значительной миграции нитратов в глубокие слои почвы и в грунтовые воды. При внесении же навоза, содержавшего от 100 до 200 кг азота, миграции нитратов по профилю почвы и накопления их в растениях не наблюдалось. Аналогичные данные получены в исследованиях Б. Г. Вереснева и В. И. Просенкова [21]. Самое большое накопление нитратов наблюдалось в варианте длительного ежегодного внесения одних минеральных удобрений: оно более чем в 4 раза превосходило равноценный по содержанию N, Р и К вариант с двойной дозой и в 2 раза - с пятикратной дозой навоза.
Значительно меньшее вымывание нитратов с атмосферными осадками в глубь почвенного профиля при длительном применении бесподстилочного навоза по сравнению с минеральными удобрениями можно объяснить большими потерями аммонийного азота в газообразной форме при поверхностном внесении жидкого навоза без немедленной заделки его в почву. В то же время известно, что половина азота бесподстилочного навоза содержится в аммонийной форме.
На основании изучения имеющейся литературы можно предположить, что применение на кормовых угодьях органических и минеральных удобрений в рациональных дозах не окажет отрицательного влияния на агроэкологическое состояние почв, а, наоборот, их применение может стать реальным фактором повышения плодородия почв и продуктивности кормовых угодий.
Обзор специальной литературы показывает, что применение удобрений является надежным приемом увеличения сбора кормов с луговых угодий с высокими качественными показателями. Однако в проводимых исследованиях в малой степени учитывались количественные закономерности, которые связывают урожай и качество продукции с различными влияющими на них факторами. На современном этапе, когда существенное расширение сельскохозяйственных угодий практически исключается, а запросы к объему производства и качеству кормов неуклонно растут, такой подход уже не удовлетворяет нуждам практики. Для разработки научно обоснованных рекомендаций по оптимизации норм и соотношений органических удобрений с минеральными на сеяных травостоях в условиях северо-запада Нечерноземья необходимы данные, которые могут быть получены путем проведения факториальных экспериментов. В отличие от простых схем, где сравниваются отдельные варианты опыта, факториальные эксперименты дают возможность анализировать результаты на основе уравнений производственных функций, характеризующих количественную зависимость исследуемого показателя от удобрений. Уравнения показывают, какие из видов и соотношений удобрений имеют существенное влияние на зависимый показатель, насколько велико и каков характер этого влияния [53,91,102]. Проведение опытов по факториальным схемам на северо-западе Нечерноземной зоны позволит уточнить рекомендации по применению органических и минеральных удобрений на сеяных травостоях в условиях региона за счет оптимизации их норм.
Изменение ботанического состава травостоя при внесении органических и минеральных удобрений
Изменение ботанического состава травостоя под влиянием органических и минеральных удобрений изучалось по годам исследований по укосам и в целом за сезон (табл.8, табл. 5-7 приложения).
Анализ данных ботанического состава травостоя показывает, что в 1998 году в нем преобладали верховые злаковые травы - лисохвост луговой {Alopecurus pratensis), ежа сборная (Dactylis glomerata), овсяница луговая (Festuca pratensis) и тимофеевка луговая (Phleum pratensis), наблюдалось незначительное участие пырея ползучего (Agropyron repens) и мятлика лугового (Роа pratensis).
Внесение минерального азота в дозе 60 кг способствовало содержанию злакового компонента практически на одном уровне по годам исследований - 95,0, 96,1 и 93,9 % от общей массы травостоя. По если в первые два года в составе злаков преобладали сеяные виды овсяница луговая {Festuca pratensis) и тимофеевка луговая {Phleum pratensis), то в 1998 году их содержание уменьшилось до 7,4 и 3,0 %, лидирующее положение заняли несеяные виды лисохвост луговой (Alopecurus pratensis) и ежа сборная {Dactylis glomerata) - 27,4 и 15,2 % соответственно. В целом к третьему году исследований при внесении N60 содержание злаковых растений снизилось всего на 1,1 %. На контрольном варианте без внесения удобрений доля злаков уменьшилась с 92,2 % в 1996 году до 68,5 % в 1998 году за счет увеличения доли бобовых и разнотравья. По видовому составу значительно преобладал лисохвост луговой (Alopecurus pratensis) - 45,6 % от обшей массы растений.
Внесение фосфора в дозе 60 кг оказало заметное влияние на злаковые травы во второй и третий год исследований. По сравнению с содержанием в первый год (1996) доля злаков снизилась на 18,3 и 15,1 % от обшей массы и составила в 1998 году 59,2 % с преобладанием лисохвоста лугового {Alopecurus pratensis) - 25,5 % и овсяницы луговой (Festuca pratensis) -18,3 % от обшей массы травостоя.
Наименьшим к третьему году было содержание злаков при внесении 60 кг д.в. калия - 51,8 %. Преобладающим видом так же был лисохвост луговой {Alopecurus pratensis) - 38,9 % от обшей массы. Под влиянием двойной дозы навоза, согласно данным, содержание злаков от первого года к третьему изменилось с 95,6 до 71,6 %, что всего на 3,1 % больше, чем на контрольном варианте. Содержание лисохвоста лугового {Alopecurus pratensis) здесь составило 51,6 % от обшей массы. Снижение доли злаковых растений произошло, в основном, за счет распространения разнотравья.
Под действием удобрений в варианте с минеральными удобрениями (N6()P6()K6o) количество злаковых по годам исследований составило, соответственно, 91,2, 96,1 и 78,8 %. Распределение по видам к третьему годы было более равномерным - лисохвост луговой (Alopecurus pratensis), ежа сборная (Dactylis glomerata) и тимофеевка луговая {Phleum pratensis) составляли, соответственно, 37,9, 21,6 и 12,0 % от обшей массы. Действие азотного удобрения в сочетании с фосфорным (N60P6()) проявилось к третьему году исследований - произошло снижение доли злакового компонента на 16,2 % за счет увеличения содержания разнотравья и бобовых растений.
С повышением дозы минерального азота до 90 кг (на фоне Р30К30 + 1 доза навоза) увеличилось содержание злаков в сравнении с вариантом без удобрений на 6,1-26,5 %. По годам исследований доля злаковых от обшей массы незначительно понизилась - с 98,3 % в первый год до 95,0 % в третий год. Содержание лисохвоста лугового (Alopecurus pratensis) было здесь наивысшим - 74,7 %. С повышением доз навоза до трех увеличивалось количество высокорослого разнотравья (купырь лесной (Anthriscus sylvestris)), за счет чего доля злаков снижалась.
Таким образом, азотные удобрения, вносимые раздельно или в сочетании с фосфорными, калийными удобрениями или навозом положительно влияют на рост и развитие злаковых компонентов травостоя. С повышением дозы азота увеличивается содержание злаковых трав, но с течением времени доля злакового компонента несколько снижается за счет увеличения доли разнотравья. Так же происходит перераспределение по видовому составу - в 1998 году абсолютным лидером стал лисохвост луговой {Alopecurus pratensis). Наблюдаемая закономерность характерна при удобрении естественных лугов [114,115]. В нашем случае это можно объяснить тем, что залужение участка было проведено ускоренным методом агрегатом АПР-2,6 без предварительной обработки дернины. Повышение доз навоза так же сдерживает распространение злаковых в травостое за счет увеличения доли высокорослого разнотравья (купырь лесной (Anthriscus sylvestris)). На рис.7 и рис.8 отражено влияние возрастающих доз удобрений на ботанический состав сеяного травостоя в среднем за три года исследований. Согласно полученным данным, с ростом доз NPK и навоза с единичных доз до тройных, в травостое наблюдается последовательный рост доли злакового и, соответственно, снижение доли бобового компонента.
Влияние удобрений на минеральный состав корма
Количество минеральных элементов в корме определяется л наличием в нем сырой золы. В нашем опыте содержание сырой золы в травостое по годам исследований и по укосам находилось в пределах 5,53-13,86 % (табл. 14; табл. 19-24 приложения). В целом наиболее низким содержание сырой золы было в первом укосе 1996 года. Анализ данных в среднем за три года показывает, что при внесении N60 содержание сырой золы было снижено до 7,98 % при содержании на контроле 8,9 %. Внесение N.w и Н)0 (на фоне Р3оКзо+1 доза навоза) снижало содержание сырой золы соответственно на 0,53 и 0,80 %.
Внесение калийных удобрений и навоза нивелировало отрицательное влияние азотного удобрения. Максимальные значения были получены в вариантах с внесением К3о и К9о (на фоне ЫдоРзо+З дозы навоза) - 9,19 и 9,17 % сырой золы соответственно. В целом содержание сырой золы в травостоях опыта находилось в пределах оптимальных значений (7,83 9,19 %) независимо от вносимых удобрений.
Согласно уравнений регрессии (табл. 15; табл. 25 приложения), содержание сырой золы в растениях без внесения удобрений колебалось по годам исследований от 7,05 до 9,12 %. Анализ моделей по годам опыта показывает, что азотные удобрения понижают, а калийные и навоз повышают содержание сырой золы в растениях, что вполне согласуется с литературными данными.
Коэффициенты множественной корреляции в уравнениях по годам опыта составили от 0,32 до 0,72. Наиболее существенно внесение удобрений отразилось на содержании сырой золы в первый год исследований (R=0,72).
В среднем за три года на содержание сырой золы в луговых растениях положительное влияние оказывали калийные удобрения и навоз. Совместное их внесение носило отрицательную направленность, но выражалось гораздо слабее. Действие азотного удобрения проявилось отрицательно, но при совместном внесении с фосфорными удобрениями и навозом установлено его положительное влияние на содержание данного показателя.
Коэффициент множественной корреляции указывает на отсутствие тесной связи между анализируемыми показателями. Изменение содержания сырой золы за счет вносимых удобрений составило всего 37%, следовательно, данную модель следует рассматривать как тенденцию, так как прогнозирование не представляется возможным из-за низкого значения коэффициента D.
Содержание фосфора без удобрений было низким и колебалось от 0,23 до 0,29 % с. в. по годам опыта (табл. 19-24 приложения). В 1996 году наименьшее содержание фосфора отмечено при внесении N6oK6„ (0,22 %), наибольшее - при внесении N30P90K30+I доза навоза (0,3 %). В 1997 году - при внесении N6()P6()+2 дозы навоза (0,24 %) и N90P90K30+I доза навоза (0,34 %) соответственно. В 1998 году содержание фосфора было более высоким за весь период исследований и составило от 0,28 % (N6o) до 0,42 % (Р6()Кб()+2 дозы навоза). В среднем за три года содержание фосфора изменялось от 0,25 (N60K6o) до 0,33 % (N30P90K90+3 дозы навоза). По результатам регрессионного анализа (табл.15, табл.26 приложения) содержание фосфора без внесения удобрений колебалось по годам опыта от 0,25 до 0,29 %. Наиболее существенным влияние удобрений на содержание фосфора было в 1998 году (RK),76). Минеральные удобрения и сочетания фосфора с калием и навозом оказывали положительное действие на накопление фосфора в растениях. Минеральный азот в сочетании с навозом снижал содержание фосфора. В среднем за три года наибольшее влияние на изменение содержания фосфора оказали азотные и калийные минеральные удобрения, но коэффициент множественной корреляции (R=0,40) указывает на отсутствие тесной связи между анализируемыми показателями, следовательно, прогнозирование не представляется возможным. Содержание калия в сухом веществе растений составило в среднем за три года исследований от 1,63 % до 2,63 % в зависимости от уровня удобрений (табл.14). Результаты корреляционно-регрессионного анализа показывают (табл.15, табл.30 приложения), что на содержание калия в растениях оказывают существенное влияние минеральные удобрения, навоз и сочетания навоза с азотными или фосфорными минеральными удобрениями. Коэффициент множественной корреляции (R=0,70) указывает на наличие достаточно тесной связи между анализируемыми показателями. Кальция в составе растений находилось от 0,51 % (3313) до 0,80 % (0200), что можно объяснить большим содержанием бобовых при внесении одного фосфорного удобрения (табл. 14). Корреляционно-регрессионный анализ также показывает (табл.15, табл.27 приложения), что фосфорные удобрения оказали наибольшее положительное влияние на содержание кальция. Азот оказывал отрицательное влияние как при внесении одного азотного удобрения, так и в смеси с фосфорным удобрением или навозом. Коэффициент множественной корреляции достаточно высокий - 0,85. Содержание магния в массе растений находилось в пределах от 0,18 % (1331) до 0,32 % (0200), что также можно объяснить количеством бобовых в травостое. Корреляционно-регрессионный анализ показывает (R=0,75) (табл.15, табл.29 приложения), что азотные удобрения снижают, а калийные повышают содержание магния в растениях.
