Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы
2.1 Биологические особенности озимой пшеницы 11
2.2 Влияние удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых легкосуглинистых почв 15
2.3 Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность и качество озимой пшеницы 22
3. Объекты, условия и методы проведения исследований
3.1. Агроклиматические ресурсы Западной части Нечернозёмной зоны России 36
3.2. Объекты и методы исследований 42
4. Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность озимой пшеницы 47
5. Качество озимой пшеницы в зависимости от применения навоза и минеральных удобрений 71
6. Влияние органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы 83
7. Экономическая оценка технологии возделывания озимой пшеницы
Выводы
Рекомендации производству
Список используемой литературы
- Влияние удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых легкосуглинистых почв
- Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность и качество озимой пшеницы
- Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность озимой пшеницы
- Влияние органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы
Введение к работе
Одной из основных задач экономического и социального развития страны является увеличение производства зерна и улучшение его качества. Большой удельный вес в производстве зерна занимает озимая пшеница. Она служит основным продуктом питания в 43 странах мира, включающих примерно 35% населения. Получение высоких урожаев этой культуры требует создания для неё оптимальных условий выращивания.
Опыт показывает, что решающее значение в повышении, как урожайности, так и качества зерна принадлежит удобрениям.
Однако вопросы рациональных доз и сочетаний навоза и минеральных удобрений с учётом влияния их на урожайность и качество зерна, показатели плодородия почвы и экологическую ситуацию, особенно для условий дерново-подзолистых почв, изучены недостаточно.
В целях улучшения агрохимических показателей почв и их гумусного состояния, важное значение приобретает насыщение севооборотов органическим веществом, в том числе за счёт навоза и других органических удобрений.
С началом 90-х годов, в результате сокращения использования в сельском хозяйстве удобрений, объёмы производства зерна в России неуклонно снижались, а в 2000году они составляли чуть больше 50% от уровня 1990 года, при средней урожайности зерновых в 14,4 ц/га (Агропромышленный сборник России, 2000).
В силу генетических особенностей дерново-подзолистые почвы, характеризующиеся низким природным содержанием гумуса и высокой кислотностью, наиболее подвержены влиянию внешних факторов. При окультуривании они приобретают благоприятные свойства, но быстро утрачивают их при недостаточном внесении удобрений в почву.
Так, в регионах, где возмещение выноса питательных веществ минеральными и органическими удобрениями было в 2-2,5 раза выше, чем в среднем по стране урожайность зерновых культур достигала 35-37 ц/га.
Актуальность темы Западная часть Центрального федерального округа России, где сосредоточены дерново-подзолистые почвы, характеризуется благоприятными климатическими условиями для возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе озимой пшеницы. Однако получение высоких урожаев здесь в значительной степени зависит от применения научно обоснованных систем удобрения (Прянишников, 1965; Мамченков, 1972; Минеев, 1990; Аристархов, 2000).
Как показывают данные Географической сети опытов, для решения вопросов воспроизводства плодородия почвы, повышения урожайности сельскохозяйственных культур и получения высококачественной продукции целесообразно проведение длительных стационарных опытов с удобрениями, в том числе с использованием факториальных схем (Перегудов, Иванова, и др., 1976).
Проблема рационального применения органических и минеральных удобрений под важнейшие сельскохозяйственные культуры, в первую очередь под зерновые, особенно остро стоит в последние годы, когда резко снизилась поставка удобрений сельскому хозяйству.
В связи с изложенным при выращивании озимой пшеницы на легкосуглинистых почвах западной части Центрального федерального округа на основе длительных опытов актуально разработка эффективных систем удобрения с использованием навоза и минеральных удобрений при оптимизации их доз и сочетаний.
Цель и задача исследований. Цель исследований заключалась в агроэкологическом обосновании эффективных доз и сочетаний подстилочного навоза и минеральных удобрений при выращивании озимой пшеницы на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в западной части Центрального федерального округа.
Для достижения поставленных целей решали следующие задачи:
1) Изучить влияние различных доз навоза и минеральных удобрений (азотных, фосфорных и калийных) и их сочетаний на урожайность озимой пшеницы, выращиваемой в севообороте.
2) Определить действие удобрений на качество зерна.
3) Изучить изменения агрохимических свойств почвы в зависимости от доз и сочетаний навоза и минеральных удобрений.
4) Установить экономическую эффективность исследуемых приёмов.
Научная новизна. Впервые на дерново-подзолистой
легкосуглинистой почве западной части Центрального федерального округа России по результатам исследований в длительном полевом опыте с использованием факториальной схемы изучены закономерности действия органических и минеральных удобрений в широком диапазоне доз и сочетаний на урожайность и качество зерна озимой пшеницы, изменения агрохимических свойств почвы. При этом вариант навоза, введённый в схему опыта, в отличие от многих мало вариантных опытов исследован как фактор продуктивности. В результате исследований получены новые данные по действию различных систем удобрения -органической, минеральной, органо-минеральной.
С учётом величины урожайности и окупаемости 1 кг NPK при выращивании озимой пшеницы установлена эффективность органо-минеральной системы удобрений в дозах - 30 т/га навоза и N P K-w При этом урожайность зерна в среднем за пять лет достигает 36 ц/га или на 94% превышает контроль без удобрений, а окупаемость 1 кг NPK составляет 5,8 кг. С дальнейшим ростом доз удобрений их окупаемость урожаем зерна снижается.
Показана зависимость качества зерна от уровня удобрений. Повышение доз навоза и NPK с одинарных до двойных позволяет увеличивать в зерне содержание белка с 12,7 до 13,9%, клейковины с 27,7 до 30,1% при содержании на контроле: белка 11,4%, клейковины 24,8%. Азотные удобрения при раздельном внесении увеличивают содержание в зерне белка и клейковины, в то же время фосфорные и калийные удобрения не оказывают влияния на эти показатели качества по сравнению с контролем.
Органические и минеральные удобрения при совместном применении по сравнению с контролем без удобрений снижают потери гумуса в почве, повышают содержание подвижных соединений фосфора и калия.
Влияние удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистых легкосуглинистых почв
Однако в среднем в России окупаемость 1кг NPK даже в лучшие годы не превышала 3-4 кг зерна из-за нарушения технологической дисциплины, небрежного обращения с удобрениями (Кирюшин, 2000). В складывающейся обстановке важнейшей задачей агропромышленного комплекса страны, включая Нечернозёмную зону, становится повышение продуктивности сельскохозяйственных культур при ограниченных ресурсах и одновременное сохранение плодородия почвы на перспективу (Ермолаев, Сычёв, Плющиков, 2001). В росте продуктивности зерновых культур важная роль отводится севообороту. Многолетние опыты показали, что под влиянием севооборота урожайность зерновых повышается на 5-Ю ц В условиях Нечернозёмной зоны, где проживает 64 млн. человек, или более 40% населения Российской Федерации, и площадь пашни составляет 30,4 млн. га, возможно выращивание почти всех культур умеренного пояса с устойчивым их производством. Вместе с тем основная часть земель представлена дерново-подзолистыми почвами с низким естественным плодородием. Несмотря на многообразие причин ухудшения почвенного плодородия, основное внимание в Нечерноземье должно быть обращено в настоящее время накоплению в почвах возможно большего количества легкодоступных элементов минерального питания, созданию благоприятных физико-химических свойств почв и улучшению фитосанитарной обстановки (Ваулин, Никулина, 2001; Сычёв, 2004).
В длительных опытах установлено, что систематическое применение навоза, средних и повышенных доз минеральных удобрений приводит к постепенному повышению эффективности и потенциального плодородия почвы (Адрианов, 2004). Последовательное окультуривание почв при длительном применении удобрений в комплексе с необходимыми приёмами агротехники повышает общую продуктивность севооборотов и качество сельскохозяйственной продукции от ротации к ротации, и при этом, как правило, не наблюдается существенных различий в степени эффективности органических и минеральных удобрений (Милащенко, 2001). Многочисленные исследования свидетельствуют о высокой эффективности органоминеральных систем удобрений (Мамченков, Мирошникова,Сунцов, 1972). На опытном поле ВНИПТИОУ в длительном стационарном опыте, где изучалось влияние различных доз органических и минеральных удобрений на продуктивность севооборота на дерново-подзолистой супесчаной почве, наивысшая продуктивность была получена при внесении 10 т/га навоза совместно с минеральными удобрениями N50P25K60 (прибавка - 17 ц/га зерновых единиц с 1 га). Одни минеральные удобрения в той же дозе дали прибавку в 11,4 ц, а удвоенная их доза 14,5 ц зерновых единиц с 1 га. В варианте с одним навозом в дозе 10 т/га в среднем за год прибавка составила 9,4 ц/га, а в варианте с 20т/га навоза -13,5 ц/га зерновых единиц. При сравнении эффективности различных систем удобрений в полевом севообороте на серой лесной, легкосуглинистой почве самой продуктивной в сумме за две ротации (14 лет) оказалась смешанная, включающая применение органических удобрений в сочетании с минеральными удобрениями в дозах, отвечающих биологическим особенностям культур. Продуктивность севооборота при этом составила 59 ц кормовых единиц с 1 га в среднем в год. Органическая система обеспечила получение 48,9 ц, минеральная -52 ц кормовых единиц с 1 га, то есть при равном количестве элементов питания минеральная система превысила органическую систему по продуктивности (Иванов, Окороков, Григорьев, 1996). На дерново-подзолистых почвах по данным полевых опытов наиболее эффективным было совместное применение удобрений, затем внесение одних органических и в меньшей степени минеральных. Минеральные удобрения лучше воздействуют на урожай и хуже на физико-химические свойства почвы, а органические, наоборот, в большей мере влияют на показатели почвенного плодородия. Ряд авторов (Мёрзлая и др., 1997; Guth Е, Guth D, 1976) отмечают, что органно-минеральная система удобрений положительно влияет как на агрохимические свойства почвы, так и на величину урожайности. В настоящее время в условиях резкого дефицита минеральных удобрений значение навоза ещё больше возрастает в связи с повторным использованием питательных веществ в их биологическом круговороте (Еськов, 2000). Характер влияния навоза на плодородие почвы в значительной степени зависит от скорости разложения органических соединений и взаимодействия продуктов их разложения с почвой. Из внесённого в почву органического вещества часть его минерализуется полностью, а заметная доля продуктов распада в результате микробиологических и химических процессов участвует в синтезе гумусовых веществ.
Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность и качество озимой пшеницы
Результаты полевых опытов, проведенных на дерново-подзолистых почвах, свидетельствуют о том, что навоз в сочетании с минеральными удобрениями оказывает сильное воздействие на их плодородие. При сочетании удобрений заметно повышается содержание гумуса и азота в почве (Детковская и др., 1977).
Весьма наглядными в этом плане являются результаты 20-летних исследований на ЦОС ВИУА (Ефремов, 1984) по сравнению эффективности навозно-минеральной и минеральной систем удобрений. Опыт проводился в зернопропашном севообороте (картофель, пшеница, свёкла кормовая, ячмень) при эквивалентном внесении основных элементов питания N,P,K на дерново-подзолистой тяжело суглинистой почве. Навоз крупного рогатого скота вносили под картофель 20 т/га и 30 т/га под свёклу, минеральные удобрения - под все культуры. После пятой ротации севооборота навоз обеспечивал увеличение гумуса на 0,07%. Сочетание навоза с одной дозой NPK (N63P38K38, ежегодно) увеличивало содержание гумуса на 0,12%. Сочетание со второй и третьей дозой на 0,26% и 0,20%. Одни минеральные удобрения снизили падение гумуса по сравнению с контролем на 50-70%. Многими опытами показано, что навоз и минеральные удобрения могут значительно повышать содержание подвижных форм азота, фосфора, калия в почвах (Любарская, 1974; Шевцова, 1981).
Удобрения в значительной мере влияют на содержание минерального азота в почвах. Исследования показали также, что в почве при внесении только минеральных удобрений содержание минерального азота выше, чем в почве, удобренной навозом. С увеличением доз минеральных удобрений доля минерального азота в структуре азотного фонда возрастает (Милащенко и др., 1993).
Воспроизводство плодородия в современных условиях - важная задача земледелия (Кирюшин, 2001). При внесении удобрений приоритетной целью должно быть обеспечение оптимального уровня питания растений и фитосанитарного состояния посевов при контроле за плодородием почв. В связи с этим целесообразно ориентироваться на постепенное экономически и экологически обоснованное увеличение питательных веществ в почве в течение ротации севооборота (Милащенко, 2001).
При систематическом применении удобрений наблюдается увеличение запасов фосфора в почвах, причём общего фосфора накапливается больше, чем других элементов питания. Характерно, что внесение удобрений способствует повышению подвижности почвенных фосфатов, причём на дерново-подзолистых и серозёмных почвах более эффективен навоз, а на чернозёмах - минеральные удобрения, подкисляющие почву и повышающие подвижность фосфатов кальция (Панников, Минеев, 1987; Адрианов, 2000).
Лучшую усвояемость фосфора навоза по сравнению с минеральными удобрениями обычно объясняют тем, что фосфор навоза хорошо растворим (Прянишников, 1952; Панников, Минеев, 1987). Л.С. Любарская (1974) на основании обзора данных ряда стационарных опытов подчёркивает, что навоз и минеральные удобрения по доступности фосфора и калия близки между собой и что различия в действии этих удобрений зависят главным образом от азота, доступность которого в навозе ниже, чем в минеральных удобрениях. Длительное применение навоза и минеральных удобрений ведёт к накоплению в дерново-подзолистых почвах всех форм калия, но в первую очередь повышается содержание легкодоступных его форм (Жукова, 1967; Лапа, Босан, 2001).
При этом содержание обменного калия в почве в зависимости от доз удобрений и длительности их применения возрастает 2-3 раза (Жукова, Панкова, 1985).
В большинстве случаев навоз и минеральные удобрения или их сочетания, при которых вносится одинаковое количество питательных веществ, равны по эффективности. Особенно проявляется положительное действие навоза на кислых мало буферных песчаных почвах или при высоких дозах удобрений. В этих условиях эффективно сочетание минеральных удобрений и навоза (Найдин, 1970).
Из приведённых источников литературы следует, что применение минеральных удобрений в сочетании с навозом оказывает положительное влияние на агрохимические свойства почвы и её биологическую активность, обеспечивает улучшение условий минерального питания растений. В действительности эффективность полного минерального удобрения на фоне навоза обычно снижается. Это объясняется тем, что действие двух совместно применяемых агроприёмов ослабляется, если они влияют на рост растений и урожай посредством одних и тех же факторов (Кулаковская, 1990).
Большинство авторов объясняют повышение эффективности удобрений при систематическом применении суммированием прямого действия на урожай вновь внесённых удобрений с последействием (Жуков, 1999; Ладонин, 1998). При использовании удобрений приходится учитывать не только их агрономическую и экономическую эффективность, но и возможные экологические последствия (Небольсин, Небольсина, 2001).
Для предотвращения загрязнения нитратами растениеводческой продукции при использовании азотных удобрений нужно строго соблюдать научно обоснованные рекомендации по их применению в каждом конкретном регионе страны (Кореньков, 1977).
Выявление особенностей действия и последействия различных видов удобрений, их сочетаний и доз на отдельные свойства почвы имеет большое значение для прогнозирования и целенаправленного регулирования плодородия почв (Милащенко и др., 1993; Шильников и др., 1998).
Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность озимой пшеницы
Мировой опыт возделывания зерновых культур свидетельствует о том, что среди всех факторов, определяющих урожай и его качество центральное место занимают удобрения. При этом рост урожаев опережает рост затрат, в связи с чем затраты на производство 1 ц продукции неуклонно снижаются (Ладонин, 1989; 1991; 2000). Доказано, что не менее половины прироста урожайности зерновых культур определяется условиями питания. Для современного сельскохозяйственного производства важное значение имеет повышение эффективности применяемых удобрений. Уровень продуктивности озимой пшеницы в нашем опыте по годам проведения был различным в зависимости от погодных условий года. Урожайность зерна в варианте без удобрений составила в 1984 г. -23,9 ц/га, в 1985г. - 27,2 ц/га, в 1995г. - 16,8 ц/га, в 2000г. - 12 ц/га, в 2001г. - 12,1 ц/га. Минеральные удобрения и навоз во все годы исследований повышали урожайность озимой пшеницы (табл. В уравнениях приняты следующие обозначения: У - урожайность, вычисленная по производственным функциям, N, Р, К, Н -единичные дозы соответственно азота, фосфора, калия и навоза. Сравнительно высокое значение коэффициента корреляции R между вычисленными по уравнениям и экспериментально полученными в отдельные годы исследований указывает на надёжность уравнений. Характер действия различных видов и доз удобрений, как показывают уравнения, изменялся в зависимости от метеорологических условий года. Так 2000год характеризовался обильными осадками, что сказалось на урожайности. Только фосфорные удобрения увеличивали урожайность озимой пшеницы.
В этот год получен низкий коэффициент корреляции. Так, на 1 поле, в 1984г. на урожайность озимой пшеницы наибольшее влияние оказывали азотные и в меньшей степени -фосфорные удобрения (рис.1). При одностороннем внесении азота урожайность озимой пшеницы повышалась до тройной дозы. Такая же закономерность наблюдалась и при внесении азота на фоне фосфора. Повышение фосфатного фона несколько увеличивало урожайность зерна при всех дозах азота. В 1985г. отмечена зависимость урожая пшеницы от азота и калия. Как видно на рис.2, максимальные прибавки урожая зерна от одних азотных удобрений, а также от азотных удобрений по фону калийных получены при внесении одинарных доз. Двойная доза азота по сравнению с единичной мало влияла на урожайность, а последующее увеличение доз азота значительно снижало урожайность пшеницы. Наиболее эффективным было сочетание 2 доз навоза с единичной дозой азота.
Влияние органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства почвы
Многими исследованиями, выполненными на дерново-подзолистых почвах, показано, что в результате систематического применения в севооборотах органических, минеральных удобрений и известкования изменяется вся совокупность агрохимических свойств почвы. Под влиянием научно обоснованных доз удобрений снижается кислотность почвы, повышается содержание подвижных форм питательных веществ, степень их подвижности и доступности для растений (Иванова, 1989; Шильников, 1991). С ростом урожайности полевых культур усиливается влияние самих растений на плодородие почв, возрастает масса корней и пожнивных остатков, что способствует улучшению гумусного состояния, физических и химических свойств почвы. С учётом возрастающего влияния удобрений на плодородие почвы актуальным становится вопрос о прогнозе их действия. Это позволит установить, сколько нужно внести удобрений и в течение какого периода, чтобы сохранить почвенное плодородие. В связи с этим важно было изучить характер изменения основных показателей агрохимических свойств почвы под влиянием возрастающих в широком диапазоне доз, а также сочетаний минеральных удобрений и навоза. При проведении опыта анализировали образцы почвы, отобранные в 48 вариантах в конце третьей ротации севооборота на 1 поле. Данные по изменению рН представлены в таблице 14 Из таблицы 14 видно, что применение минеральных удобрений и навоза во всех вариантах увеличивает кислотность почвы и, как следствие, ухудшает её физико-химические свойства. За три ротации севооборота значение рН на контроле практически не изменилось, а в вариантах (2222, 3333, 4444) даже немного выросло. В варианте с максимальной дозой минеральных удобрений и навоза снизилось с 5,5 до 4,9. Поэтому из-за подкисления почвы во время сельскохозяйственного использования во всех вариантах возрастает необходимость в известковании почвы. Изменение рН по окончанию третьей ротации севооборота описывалось следующим уравнением регрессии: Как показывает уравнение значение рН меняется от применения фосфорных удобрений и навоза. В условиях нормального увлажнения содержание гумуса в дерново-подзолистых почвах колеблется в пределах 1,2-2,0% (Кулаковская, 1978). Анализ опубликованных данных длительных опытов показывает, то продолжительное возделывание сельскохозяйственных культур без удобрений приводит к уменьшению запасов гумуса в дерново-подзолистых почвах на 6-10 % (Шевцова и др., 1981; Минеев, 1998).
Внесение органических удобрений в сочетании с минеральными удобрениями в зависимости от доз сокращает потери гумуса или повышает его содержание в почве. На основании обобщения, проведённого по основным регионам России, Н.Ф.Ганжара (1979) установил примерные уровни относительной стабилизации гумуса в зависимости от насыщения севооборота органическими удобрениями. Так, при внесении в среднем ежегодно 10-15 т/га навоза, гумус стабилизируется на супесчаных почвах на уровне 0,9%, на суглинистых -1,3%. В наших исследованиях при изучении динамики гумуса в течение трёх ротаций севооборота содержание его на контроле снижалось с 1,5% до 0,9 % (таблица 15). За три ротации севооборота только высокие дозы навоза и минеральных удобрений при совместном внесении позволяют сохранить содержание гумуса на исходном уровне. В остальных вариантах содержание углерода снижалось по сравнению с исходным содержанием. Содержание органического углерода в почве в конце третьей ротации севооборота описывалось следующим уравнением регрессии: Yc= 0,928+ 3,726 NK +3,1 ЗН. В повышении урожаев сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых почвах решающая роль принадлежит азотным удобрениям. Внесение органических удобрений не только улучшает баланс гумуса, но и азотный режим почвы (Mutman,1976, Кореньков, 1990). Как показали результаты наших исследований, навоз только в максимальных дозах оказывает влияние на обеспечение почв и растений азотом (табл. 16).
