Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние вопроса (обзор литературы) 8
1.1. Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность ячменя 8
1.2. Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на качество ячменя 23
Глава 2. Объект, методика и условия проведения исследований 30
2.1. Объект исследований (биологические особенности ячменя) 30
2.2. Характеристика сортов ячменя Эколог, Биос 1, Сонет 31
2.3. Погодные условия вегетационных периодов 2000 - 2002 гг 39
2.4. Агрохимическая характеристика дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы 45
2. 5. Обоснование, методика и условия проведения многофакторного опыта 49
2. 5. 1. Теоретическое обоснование схемы полевого опыта 49
2. 5. 2. Схема опыта 50
2. 5. 3. Методика закладки полевого опыта 52
2.6. Методика сопутствующих исследований 56
Глава 3. Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность сортов ячменя 58
3.1. Урожайность 58
3.2. Элементы структуры урожайности 69
Глава 4. Влияние минеральных удобрений на качество зерна ячменя 86
4.1. Содержание белка и крахмала в зерне ячменя 86
4.2. Физические свойства зерна исследуемых сортов ячменя 92
4.3. Содержание N, Р2О5, КгО и вынос их растениями. Коэффициенты использования элементов питания из удобрений 95
Глава 5 Влияние доз минеральных удобрений и их соотношений на агрохимические показатели почвы 105
5.1. Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве по фазам развития ячменя 105
5.2. Содержание подвижного фосфора и обменного калия 108
Глава 6. Биоэнергетическая и экономическая эффективность применения удобрений на ячмене 111
Выводы 115
Предложения производству 117
Список использованной литературы 119
Приложения 144
- Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на качество ячменя
- Агрохимическая характеристика дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы
- Содержание N, Р2О5, КгО и вынос их растениями. Коэффициенты использования элементов питания из удобрений
- Содержание подвижного фосфора и обменного калия
Введение к работе
Актуальность. Яровой ячмень является основной зернофуражной культурой. За период 1995 - 2002 гг. площадь занятая данной культурой в Пермской области составляет около 60 тысяч гектар, урожайность - 15 ц/га.
В настоящие время в хозяйствах области возделываются такие перспективные сорта как Биос 1, Сонет, Эколог, урожайность которых должна быть не ниже 35-40 ц/га. Одним из основных факторов, влияющих на уровень урожайности, является обеспечение растений питательными веществами, что на сегодняшний день является актуальным. При возделывании новых сортов важным является правильный выбор доз и соотношений элементов питания. В связи с этим с 2000 - 2002 гг. проведены исследования по изучению возрастающих доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность и качество сортов ячменя. Исследования являются частью исследовательской работы Пермского НИИСХ и кафедры агрохимии Пермской ГСХА.
Цель и задачи исследований. Основной целью данной работы являлось — определение реакции новых районированных сортов на дозы и соотношения минеральных удобрений.
Для осуществления этой цели были поставлены следующие задачи:
определить влияние доз и соотношения N, Р, К на урожайность зерна сортов ячменя и её структуру;
изучить влияние доз и соотношений N, Р, К на качество зерна сортов ячменя;
-дать биоэнергетическую и экономическую оценку вносимых удобрений под ячмень;
- выдать предложения производству.
Научная новизна. Впервые в условиях Предуралья изучена реакция новых районированных сортов ячменя на элементы питания, обоснованы дозы и соотношения минеральных удобрений.
6 Для каждого сорта рассчитаны уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать урожайность при имеющихся ресурсах минеральных удобрений.
Определены оптимальные уровни содержания питательных веществ в почве в фазу кущения для получения урожайности 40 ц/га. Основные положения, выносимые на защиту:
оценка действия различных доз и соотношений минеральных удобрений на урожайность сортов Эколог, Биос 1, Сонет и её структуру;
оценка действия различных доз и соотношений минеральных удобрений на качество сортов ячменя (Эколог, Биос 1, Сонет);
биоэнергетическая и экономическая эффективность удобрений на ячмене.
Практическая значимость. Предложены оптимальные дозы и соотношения минеральных удобрений для новых высокоурожайных сортов ячменя. Использование результатов исследований обеспечивает урожайность на уровне 35-40 ц/га зерна.
Апробация работы. Результаты исследования доложены:
На заседаниях Учёного совета Пермского НИИСХ (2000 - 2002 гг).
XXXI Всероссийской научно-практической конференции учёных и специалистов «К 100-летию со дня рождения профессора А.П. Никольского» (2002 г).
На LXII межвузовской научной конференции аспирантов и студентов «Молодёжная наука - аграрному сектору Прикамья» (2003 г).
На Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы воспроизводства плодородия почвы при адаптивной интенсификации сельскохозяйственного производства Евро-северо-востока России» (Пермский НИИСХ, 2001 г).
На XLIV международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (Челябинск, 2005 г).
На XIII всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Экология: проблемы и пути решения» (Пермь, 2005 г).
По материалам диссертации опубликовано четыре печатных работы.
Объём работы. Диссертационная работа изложена на 144 страницах, состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений производству, включает 25 таблиц, 31 рисунок, 50 приложений. Список литературы состоит из 237 наименований, в том числе 8 иностранных авторов.
Влияние доз и соотношений минеральных удобрений на качество ячменя
Наиболее эффективным и быстродействующим фактором, способст-вующим повышению качества урожая, являются удобрения. С их помощью можно изменять направленность процессов обмена веществ в желаемую сторону и вызывать большее накопление в растениях полезных для человека веществ - белков, жиров, Сахаров, витаминов и т.д. Следовательно, правильное и эффективное использование удобрений означает не только получение высокого урожая, но и улучшение его качества. Из минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах наибольшие влияние на качество оказывают азотные удобрения. Они способствуют более интенсивному росту надземной массы и корневой системы, увеличению кустистости, величины и озерненности колоса, повышают содержание белка в зерне (Каликинский А.А. и др., 1970; Родина Н.А., 1975). Г.В. Платонов (1972) изучал влияние систематического применения органических и минеральных удобрений на качество зерна ячменя. Опыты проводили на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, среднеобеспеченной фосфором и калием. Удобрения повышали урожайность зерна ячменя с 19 до 33 ц/га и содержание белка в нём с 9,3 до 16,1%. Органические удобрения (навоз) оказывали более сильное влияние на урожайность культуры. Минеральные удобрения на фоне навоза по сравнению с безнавозным фоном обеспечивали получение более высокой урожайности зерна с повышенным содержанием белка. Качество ячменя в значительной мере определяется дозами минеральных удобрений. По данным Королевой под влиянием минеральных удобрений N90P90K90 в Ленинградской области на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве, среднеобеспеченной подвижными формами фосфора и калия, содержание белка в зерне ячменя возросло с 12,15 до 13,35 % (цит. по Толстоусову В.П., 1974). При возделывании ячменя на продовольственные, а также на кормовые цели необходимо внесение азотных удобрений, которые повышают содержание белка в зерне (Бодров И.К., 1959; Журбицкий З.И., 1963; Алметов Н.С., 1996).
В опытах В.А. Пегушина (1978) содержание протеина в зерне ячменя от применения доз азота 20 и 45 кг/га (по фону РК) увеличилось соответственно с 11,1 до 13,4 % и повысилось содержание протеина в соломе. В исследованиях Н.А. Корлякова (1959) на дерново-подзолистых почвах азот в тройной комбинации N30P60K60 по сравнению с комбинацией РбоКбо вызвал увеличение содержания белка в зерне ячменя в среднем на 0,42 %. С целью получения наибольшего содержания и выхода протеина можно вносить повышенные дозы азота (Прокошев В.Н. и др., 1977). В исследованиях Л.Л. Бельтюкова и др. (1981) при внесении двойной дозы азота (Ngo) содержание сырого белка в зерне ячменя возрастало на 0,6 -1,5%. Для максимального сбора сырого протеина для сорта Надя оптимальная доза азота составила 90 - 120 кг/га (Адомавичуте Я. и др., 1976), для сортов Луч и Московский 121 - 150 кг/га (Суров Н.Г., 1975, Кирякова Е.М., 1984), для сортов Сувенир - от 120 до 240 кг/га и Нутанс 106 - свыше 60 кг/га (Коданев И.М, 1964). По результатам исследований Я.Б. Адомавичуте и др. (1976) содержание сырого протеина в зерне увеличилось в среднем на 1,3 % от дозы N40-45 а при дальнейшем увеличение дозы азота до 120 кг/га отмечалось увеличение содержания протеина в зерне на 2 % (до 14,4 %). По данным Н. Эжяринскене (1981) при повышении дозы азота с 60 до 120 кг/га содержание белка в зерне ячменя повышалось с 9,1 до 11,6 %. Более резкое повышение белковости ячменя отмечено при дробном внесении Ngo- Действие азота на содержание белка в зерне зависит от фазы развития культуры.
По данным И.И. Белякова (1985, 1990) внесение азота в период колошения - созревания оказало слабое влияние на урожайность, но значительно увеличивало количество белка в зерне. С увеличением дозы азотного удобрения до 120 кг д.в./га содержание азота и белка в зерне увеличивается при высокой окультуренности почвы: окупаемость азота, фосфора и калия возрастает с повышением окультуренности почвы, и напротив снижается с увеличением дозы (Смирнов А.П., 1990). В опытах Ильинецкой селекционной станции на мощных чернозёмах Винницкой области внесение N30 на фоне Р45К45 несколько снижало урожай- ность, но увеличивало содержание белка в зерне с 12,2 до 14,1 %. Однако на выщелоченных и оподзоленных чернозёмах Центрально-Чернозёмного района доза азота 30 - 45 кг/га, сбалансированная внесением необходимого количества фосфорных и калийных удобрений, в большинстве случаев значительно повышала урожайность без существенного изменения качества зерна (Конончук В.В. 1986, Беляков И.И. 1990). В.Г. Минеев и др. (1978, 1980), Л.А. Лебедева (1984), считают, что только на достаточно окультуренной дерново-подзолистой почве можно получить зерно ячменя с таким же высоким содержанием белка, как и на чернозёме. Эффективность азотных удобрений на ячмене в Нечернозёмной зоне во многом зависит от метеорологических условий в период вегетации. Во влажные годы азотные удобрения существенно повышают урожайность и лишь незначительно увеличивают белковость зерна. В сухие годы, наоборот, резко повышается содержание белка в зерне при незначительном повышении урожайности. В большинстве случаев при внесении умеренных доз азота содержание белка в зерне составляет 10 — 12 %. В опытах И.М. Коданева (1958) средняя урожайность ячменя за 1951, 1952 и 1955 годы (увлажнённые) при использовании 45 кг азота на гектар составляла 26,6 ц/га, на контроле - 20,4 ц/га, а содержание белка в зерне увеличилось только на 0,9 % (10,1 - 11 %). В засушливые 1949, 1950 и 1954 годы урожайность ячменя составила 10,8 ц/га, на контроле - 10,2 ц/га, а содержание белка возросло с 16,1 до 17,6 %.
Агрохимическая характеристика дерново-мелкоподзолистой тяжелосуглинистой почвы
Пермская область расположена на северо-востоке Русской равнины и на западном склоне Уральских гор. Эти особенности географического положения обусловили существенное разнообразие природных условий, под влиянием которых шло формирование почвенного покрова. Наибольшее распространение имеют почвы подзолистого и дерново-подзолистые типов. По данным Т.В. Вологжаниной (1981), Т.В. Вологжаниной и др. (1983, 1985) около 69,8 % пахотных земель области занимают дерново-подзолистые почвы разной степени оподзоленности и разного гранулометрического состава. Наибольшее распространение из них имеют дерново-подзолистые почвы тяжёлого гранулометрического состава (Н.Я. Коротаев, 1962).
Почва опытного участка дерново-мелкоподзолистая тяжелосуглинистая на покровных отложениях. Приведём описание профиля почвы на примере разреза, заложенного на пашне, расположенной на расстоянии 2 км от села Лобаново на север и в 0,5 км от юго-западной границы сада. Разрез заложен на контрольном варианте в 2002 году в средней части пологого склона северо - западной экспозиции.
Гор. Апах 0 - 25 см - пахотный, слабоувлажнён, светло-серый с буроватым оттенком, тяжелосуглинистый, пылевато-мелкокомковатый, уплотнён, сильно пронизан корнями, в нижней части неперепревшие органические остатки, переход в нижележащий горизонт ясный.
Гор. АгВі 25-31 см - подзолистый, увлажнен, светло-буровато— белесый, тяжелосуглинистый, плотный, неоднородный по структуре, плитча-то-ореховатый, с кремнезёмистой присыпкой на поверхности структурных агрегатов, придающая горизонту белесоватый оттенок. Встречаются мелкие зёрна ортштейна, угли, сильно перепревшие органические остатки. По трещинам и ходам корней видны слабо прокрашенные натёки гумуса. Переход в горизонт В! постепенный. Гор. Ві 31 - 50 см - влажный, палево-бурый, легкоглинистый, плотный, мелко-ореховатый. В верхней части обильная кремнезёмистая присыпка, особенно хорошо прослеживается по излому структурных агрегатов, переход ясный. Гор. Вг 50 - 99 см - влажный, бурый, глинистый, плотный, крупно-ореховатый. Чётко прослеживается иллювиалированость в виде глянцевато-сти. Переход постепенный. Гор. В2С 99 - 146 см - влажный, светлее горизонт В2, глинистый, плотный, крупноореховато-призматический. Переход в горизонт С постепенный. Гор. Со со 146 см - материнская порода, бурая, вязкая бесструктурная, бескарбонатная покровная глина.
В описании профиля данной почвы чётко прослеживаются признаки оподзоливания. В верхних горизонтах обильная кремнезёмистая присыпка, в горизонте В2 ясно выражена иллювиальнность. В морфологическом отношении дерново—мелкоподзолистые почва имеет хорошо выраженный перегной-но-аккумулятивный горизонт серо-бурого цвета, достигающий величины 25 см. В процессе окультуривания подзолистый горизонт вовлечён в пахотный слой.
Гранулометрический состав описываемой почвы тяжелосуглинистый. В профиле наблюдается некоторая аккумуляция илистой фракции ( 0,001 мм) в иллювиальном горизонте и материнской породе (табл. 1). Вынос илистых частиц из верхних горизонтов и перемещение их вниз по профилю является следствием промывного типа водного режима, что характерно для почв дерново-подзолистого типа. В гранулометрическом составе пахотного слоя преобладает фракция крупной пыли (0,05 - 0,01 мм). Частицы мелкого песка и пыли в дерново-мелкоподзолистых почвах не участвуют в образовании водопрочной структуры, а поскольку их содержание наибольшее, то они обуславливают неблагоприятные агрофизические свойства.
Содержание N, Р2О5, КгО и вынос их растениями. Коэффициенты использования элементов питания из удобрений
Многочисленными исследованиями установлено, что химический состав растений изменяется в течение вегетации (Авдонин Н.С., 1932, Мосолов И.В., 1974; Журбицкий З.Н., 1975).
Разрешение вопросов рационального использования удобрений и особенно повышенных доз необходимо тесно связывать с изучением потребности в основных элементах питания в различные фазы роста культур (Кулаков-ская Т.Н., 1978, 1982, 1983, Кулаковская Т.Н. и др., 1978). Благодаря улучшению пищевого режима почвы под влиянием удобрений заметно усиливалось поступление питательных веществ в растения ячменя (прилож. 42 - 44). Например, при внесении Ы60РбоКбо по сравнению с контрольным вариантом содержание азота в растениях у сорта Эколог в фазу кущения повысилось на 1,27 %, в фазу выхода в трубку - на 0,85 и в фазу колошения -на 0,24. Аналогичная закономерность отмечается на двух других сортах. Поступление фосфора и калия с увеличением доз фосфорно-калийных удобрений так же повышается. Суммарное поступление азота, фосфора и калия в растения было неравномерным. Приведенные данные свидетельствуют о том, что концентрация N, Р2О5, К20 в растениях по мере роста и развития снижается. От кущения до выхода в трубку - период наиболее интенсивного поглощения питательных веществ по данным М.Е. Сергеевой (1970) в растения поступает 38 - 44 % азота, 18-31 % фосфора и 42 - 56 % калия. В целом поступление питательных веществ на первых фазах развития идёт очень интенсивно и значительно опережает прирост сухого вещества. Полученные данные показали, что общие закономерности остаются довольно устойчивыми.
Оптимальные величины содержания в растении элементов минерального питания являются физиологической характеристикой растения, они мало изменяются в зависимости от места и условий его возделывания. Обобщенные данные разных авторов показали, что в отдалённых друг от друга географических зонах содержание общего азота, фосфора в листьях зерновых было очень близким (Козьменко А.А., 1989, Попова СИ. и др., 1991).
Сравнивая данные рис. 20 можно заметить, что в фазу кущения содержание азота в растениях сортов Эколог и Биос 1 - изменилась от низкого до среднего; у Сонета - было средним. Содержание фосфора находилось на уровне оптимального и выше оптимального (рис. 21), калия от низкого до среднего у всех сортов (рис. 22). Особые значения в это время имеет обеспеченность растений фосфором, который способствует развитию корневой системы, формированию более крупного зерна и увеличению в дальнейшем доли зерна в общем урожае. Очевидно, сыграло роль сильная почвенная и воздушная засухи мая-июня, которые препятствовали поступлению в растения оптимального количества элементов.
В фазу выхода в трубку содержание азота оставалось на среднем уровне, а фосфора и калия выше оптимального. На сорте Биос 1 содержание азота, фосфора и калия близкое к оптимальному отмечается в варианте 444, на сортах Сонет и Эколог по азоту в варианте 222, по фосфору и калию - 555.
На основании полученных данных можно сделать вывод: с ростом и развитием растений происходит изменение не только в размерах, но и в химическом составе образующихся органов. В молодых растениях обычно содержание питательных веществ выше, чем в старых.
Внесение повышенных доз минеральных удобрений не оказывает отрицательного влияния на поступление элементов питания в растения.
Условия азотного питания в значительной степени определяют относительное содержание и поступление основных элементов. При внесении азотных удобрений с увеличением их доз происходит большее накопление азота в растениях. Данные по химическому составу сортов ячменя приводится на рис. 23 -25, прилож. 45. В химическом составе урожая отмечаются некоторые различия между сортами в содержании азота и фосфора.
В контрольном варианте более низкое содержание азота отмечается в зерне сорта Биос 1 (1,53 %), но солома его более богата этим элементом. Азотные удобрения повышают содержание азота в зерне и соломе всех сортов. Сорт Сонет с увеличением доз минеральных удобрений способен больше накапливать азот в зерне и соломе. За годы исследований максимальное содержание азота в зерне у сорта Эколог отмечается при внесении N150Pi5oKi50, У Биос 1 и Сонета Содержание фосфора в зерне и соломе с увеличением доз фосфорных удобрений изменяется не значительно. Калийные удобрения увеличивали существенно содержание калия в зерне и соломе.
Содержание подвижного фосфора и обменного калия
В Нечернозёмной зоне около 40 % площади пашни занимают почвы с низким содержанием подвижного фосфора, 32 % - со средним и 26 % - с повышенным и высоким содержанием (Агрохимическая характеристика почв..., 1985). Получение высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур на слабоокультуренных дерново-подзолистых почвах невозможно без существенного улучшения их фосфатного состояния (Иванова Т.И. и др., 1970; Кулаковская Т.Н., 1978, 1980; Иванова Т.И., 1989). Слабоокультуренные дерново-подзолистые почвы наряду с малыми запасами фосфора характеризуются низкой степенью его подвижности и доступности растениями. Основным средством улучшения фосфатного режима этих почв является применение удобрений. В результате систематического применения фосфорных удобрений в почве накапливается неиспользованные растениями остаточные фосфаты и в связи с этим увеличивается количество подвижного фосфора (Бабарина Э.А., 1983; Сдобникова О.В., 1983, 1985, Иванова Т.И. и др., 19856, 1989; Сдобникова О.В. и др., 1991). Исследования Т.Н. Кулакове кой (1978) показали, что для севооборота, включающего 60 % зерновых и по 20 % картофеля и клевера, оптимальное содержание подвижного фосфора находилось в пределах 210 — 240 мг Р2О5 на 1 кг почвы. Дерново-подзолистые почвы Нечернозёмной зоны характеризуются в основном средним и повышенным содержанием обменного калия. Согласно сообщению В.Д. Панникова (1977), по данным опытов Географической сети оптимальное содержание обменного калия в дерново- подзолистых почвах легко и среднесуглинистых находится в пределах 180 - 200 мг/кг, тяжелосуглинистых - 230 - 250. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур в условиях интенсификации земледелия может привести к существенному изменению калийного состояния почв.
Под влиянием систематического внесения удобрений в стационарном факториальном опыте в течение трёх ротаций восьмипольного севооборота содержание подвижного фосфора в пахотном слое на делянках опыта находилось в пределах от 162 до 407 мг/кг, обменного калия от - 117 до 225 мг/кг почвы (прилож. 50). В среднем за 22 года на вариантах с возрастающими дозами запасы подвижного фосфора изменяются незначительно (табл. 24). Наибольшее увеличение фосфора на 81 мг/кг отмечается в варианте 555. Внесение калия в дозе до 90 кг/га в течение трёх ротации не восполняли вынос его культурами севооборота. Аналогичные данные получены А.С. Баш-ковым (2000). Для комплексной оценки влияния плодородия почвы на урожайность сортов ячменя была вычислена множественная корреляция: У= 36,2 + 0,13-Х, - 0,0147-Х2 + 0,0050-Х3 (г - 0,94) - для Эколог; У= 12,4 + 0,12-Х, + 0,0686Х2 - 0,0254-Х3 (г = 0,99) - для Биос 1; У= 33,4 + 0,05-Х, - 0,0053-Х2 + 0,0058-Х3 (г = 0,99) - для Сонет, где X, — содержание NMHH. в слое 0 - 20 см в фазу кущения, мг/кг; Х2 - содержание подвижного фосфора, мг/кг; Х3 - содержание обменного калия, мг/кг; У — урожайность, ц/га. Главенствующая роль в отзывчивости на элементы питания являются генетические свойства сортов. Как видно из уравнений урожайность сортов в основном зависит от запасов минерального азота. Оптимальное содержание минерального азота составляет 80 мг/кг почвы или 240 кг/га. Это позволит полу- чить прибавку урожая на Сонете 4 ц/га, Биос 1 - 9,6 и Экологе - 10,4 (рис. 29 -31). Оптимальное содержание подвижного фосфора для Биос 1 составляет 240 мг/кг, для Эколога и Сонета не более 140 мг/кг. Содержание обменного калия для Эколога и Сонета находится на уровне 140 мг/кг. Сорт Биос 1 также положительно отзывается на обеспеченность фосфором. В сельском хозяйстве центральное место занимает растениеводство, как главный источник питания для населения планеты, которое обеспечивает основную часть потребности человечества не только в пищевой энергии, но и в белке, витаминах, минеральных солях и других незаменимых физиологических веществах (Жученко А.А., 1990).
Практическая реализация этих принципов требует, прежде всего, более эффективного использования «даровых сил природы» и возобновляемых ресурсов, что, собственно, и соответствует самой сути растениеводства (Жученко А.А., 1990, Ермохин Ю.И. и др., 1994). В рамках стратегии адаптивной интенсификации сельского хозяйства особенно важен системный ресурсоэнергетиче-ский анализ, так как он позволяет определить наиболее эффективные дозы минеральных удобрений, повышающие биоэнергетическую эффективность возделывания ячменя. При возделывании ячменя, как и любой другой культуры, используют различные виды сырья, материалы, машины и оборудования. Всё это характеризуется определённой энергоёмкостью, выраженной затратами энергии на их получение (Методическое пособие по определению энергозатрат при производстве продовольственных ресурсов и кормов для условий Северо-востока европейской части РФ, 1997).
