Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Засуха как метеорологическое явление, последствия ее проявления и устойчивость к ней растений 9
Общее представление о засухе и ее причины 9
Оценочные критерии и попытка прогноза 19
Вредоносность почвенной засухи 23
Глава 2. Методика проведения опытов и лабораторных исследований 32
Почвенные условия 32
Методика и агротехника в полевых опытах с многолетним применением разных форм минеральных удобрений и комплексным окультуриванием серых лесных почв 33
Методика исследований в модельных опытах 38
Методика опыта по почвенной микробиологии 38
Расчет экологической устойчивости продукционного процесса 39
Глава 3. Экспериментальная часть 42
Анализ засушливых условий в Центральном Нечерноземье (на примере Рязанской области) 42
Агроэкосистемная устойчивость к почвенной засухе 50
Физиологическая устойчивость культурного растения и эдафический фактор ее определяющий 50
Плодородие почвы и микробиологическая устойчивость 58
Агрохимические методы борьбы с засухой 72
Эдафические компоненты устойчивости.
Антропогенное регулирование 72
Оценка устойчивости продукционного процесса к засухе 120
Глава 4. Оценка энергетической эффективности применения удобрений в разных гидротермических условиях 152
Выводы 154
Предложения 155
Литература 157
Приложение 166
- Оценочные критерии и попытка прогноза
- Методика и агротехника в полевых опытах с многолетним применением разных форм минеральных удобрений и комплексным окультуриванием серых лесных почв
- Агроэкосистемная устойчивость к почвенной засухе
- Оценка энергетической эффективности применения удобрений в разных гидротермических условиях
Введение к работе
Зона влияния засухи в силу известных причин (естественные и провоцируемые человеком климатические изменения, антропогенное нарушение целостности биосферы, например, в результате чрезмерной вырубки лесов) расширяется в северном направлении и все чаще встречается в южной части Центрального Нечерноземья. По данным С.А. Пегова и др.(2000), при потеплении климата в северном полушарии на 1,5-3,0 С, которое является одним из факторов усиления засушливости, границы природных зон могут сместиться к северу приблизительно на 600-1000 км, т.е. в южной части Московской области установятся условия черноземных степей (ныне Волгоградская область). В пользу такого аргумента говорят расчеты, проведенные Л.В. Ильиной (1997), согласно которым в последние годы в южной части Нечерноземной зоны в 6 случаях из 15 наблюдали весенне-летние засухи, в то время как в более позднее время их было меньше. В целом же по России в XII в. было 6 засух, в XVI, XVIII, XIX вв. - соответственно 9, 32, 70, в XX в. количество увеличилось до 77, а начало XXI в. уже ознаменовано жесточайшей засухой. В настоящее время, свыше 50 % территории страны страдает от засухи (Черников и др., 2001). Будем надеяться, что последствия от засух не будут столь разрушительными, как последние. И тем не менее засухи неизбежны, в связи с чем нужно предвидеть последствия влияния засух и в случае необходимости спасти страну. Ведь в равной степени с другими природными стихиями многомерные последствия от засухи сказываются на протяжении длительного времени. Главным образом, это выражается в обострении продовольственной проблемы, что нередко становится причиной массового голода.
По мере изучения засухи стало очевидным, что она представляет собой не просто метеорологическое/гидрологическое отклонение от нормы, но и явление, затрагивающее демографический, экономический, политический и социальный аспекты. В связи с этим одной из задач исследований было изучение климатических изменений в южной части Нечерноземной зоны, рассмотренной на примере Рязанской области.
Почва - как система с биокосной особенностью жизнедеятельности обладает интегральным механизмом устойчивости, выраженном на индивидуальном и корпоративном уровнях. Поэтому важным звеном в рассмотрении влияния засухи на агроэкосистему является изучение эдафических компонєеі-тов устойчивости и механизмы их реализации. Органическое вещество почвы разной химической структуры и состава (низко- и высокомолекулярные соединения) в большинстве случаев рассматривается только лишь как статический параметр плодородия, тем не менее оно, являясь энергетическим источником питания для гетеротрофной группы микроорганизмов, при ограниченном количестве воды в почве сохраняет эффективный уровень напряженности микробиологических процессов, обеспечивая растения элементами питания, значимость которых для них при почвенной засухе повышается. В этом выражается прямое участие органического вещества в формировании водозапасов. Органическое вещество — главное средообразующее структурное агроэкоси-стемное начало, основа трофических взаимодействий. Именно среда обитания определяет тесноту сопряженности (обратного типа) между действием засухи и физиологической подготовленности ответной реакции на нее со стороны растений и микроорганизмов.
Повышение плодородия почвы следует рассматривать как важный элемент в борьбе с засухой. Это важно не только с точки зрения определяющей роли почвы в обеспечении растений факторами жизни, но и в плане поддержания стабильного функционального состояния физиологических процессов у растения, ответственных за синтез органического вещества в неблагоприятных экологических условиях. Другими словами, начало организации гомеостаза у растений заложено в почве как среде обитания для них. Это базовое условие развития, т.к. органогенез проходит в большинстве случаев под влиянием внешних сдерживающих сил, в частности засухи. Падение продуктивности культур свидетельствует потерю стабильности агроэкосистем. Однако это уже конечная стадия ее отклика на имеющиеся возмущения, которым предшествуют изменения других параметров — агрохимических, физико-химических и
других свойств почв, сбалансированности биохимических циклов. В этой связи почву следует рассматривать не только лишь как передаточное звено в цепи взаимодействия ее с растением, но и как сложную систему, организующую эффективное и одновременно устойчивое использование факторов жизни, когда состояние последних по ряду причин ухудшается до состояния несоответствия экологическому оптимуму живых организмов. В работе это показано на микробиологическом уровне, где почвенные микроорганизмы использовались в качестве биодиагностики плодородия почвы как фактора устойчивости.
Основоположник учения о гомеостазе С. Bernard (1878), полагал, что в его организации большое значение имеют запасы, резервы факторов жизни. Для растения они формируются в почве, за счет рационального применения минеральных и органических удобрений. Оптимальное питание повышает общий физиологический статус культурных растений к неблагоприятному воздействию. Используя материалы многолетних опытов кафедры агрохимии и почвоведения, земледелия Рязанской ГСХА, руководителями которых являются соответственно профессора Я.В. Костин и Л.В. Ильина, мы установили стабилизирующий эффект удобрений на некоторые культурные растения в условиях засухи. Агрохимические исследования в этой области еще раз подтверждают исключительную роль минеральных и органических удобрений для земледелия России, которая отмечена во многих научных работах (Войтович и др., 2002; Сушеница и др., 2004; Минеев, 2005) и др.
Новизна работы. Впервые для южной части Центрального Нечерноземья рассмотрено влияние почвенной засухи на отдельные компоненты агро-экосистемы.
Выявлена роль азотных, фосфорных и калийных удобрений, комплексного окультуривания серой лесной почвы в снижении влияния засухи на урожайность основных полевых культур. Установлена зависимость урожайности сельскохозяйственных растений от почвенной засухи и уровня минерального питания. Проведена оценка устойчивости продукционного процесса к засухе.
Установлено значение агрохимических показателей плодородия почвы на жизнедеятельность микроорганизмов в засушливых условиях.
Цель и задачи исследований — изучить влияние удобрений и плодородия серой лесной почвы на урожайность полевых культур в условиях засухи южной части Центрального Нечерноземья.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
изучить динамику погодных условий южной части Центрального Нечерноземья;
исследовать характер активности почвенных микроорганизмов в качестве диагностики интенсивности процессов, участвующих в образовании урожая культурных растений;
установить зависимость урожайности основных сельскохозяйственных культур от почвенной засухи при внесении минеральных удобрений;
выявить роль минеральных удобрений в смягчении негативного влияния почвенной засухи на урожайность зерновых культур;
дать энергетическую оценку применения минеральных удобрений под яровые зерновые культуры в условиях жесткой и умеренной засухи (по ГТК).
Практическая значимость работы. Исходя из полученных результатов анализа динамики погодных условий и сопоставления их с экспериментальными и производственными урожайными данными, представляется возможным использования этих материалов в прогнозировании урожайности яровых зерновых культур, картофеля и однолетних трав. Предложенные расчеты по устойчивости формирования растениеводческой продукции могут быть учтены в моделях для разработки рациональных систем удобрений, ориентированных на повышение урожайности культурных растений в засуху, а также оптимальных экологических критериев функционирования агроэкосистем.
Некоторые положения работы можно использовать в учебных курсах в процессе преподавания почвоведения, ландшафтоведения, агрохимии
Апробация работы. Результаты исследований доложены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспиран-
тов Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. профессора П.А. Костычева в 2003-2005 г., на Международной научной конференции: «Применение средств химизации — основа повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения плодородия почв», Москва, ВНИИА, 2004 г., на расширенном заседании кафедры агрохимии и почвоведения, Рязань, 2005 г.
Организация исследований. Работу выполняли на кафедре агрохимии и почвоведения РГСХА в период с 2002 по 2005 гг. Опыты проводили в учебном хозяйстве "Стенькино" Рязанского района Рязанской области. Систематизированы и статистически обработаны результаты многолетних исследований коллектива ученых кафедры: Е.А. Жорикова, А.И. Арнаутовой, Н.И. Красень-ковой, Т.К. Никушиной, Я.В. Костина, В.И. Гусева, С.А. Пчелинцевой, Г.Н. Фадькина, Р.Н. Ушакова и автора.
Оценочные критерии и попытка прогноза
Засуха 1891 г. и последовавший за ней неурожай и голод подтолкнули ученых заняться этим явлением вплотную, причем не только метеорологов, но и почвоведов. По-видимому, первым, кто предложил для оценки увлажненности территории использовать одновременно осадки и потери воды с испарением, был В.В. Докучаев (1900). В дальнейшем его рассуждения были теоретически оформлены, благодаря многочисленным работам ученых, например Г.Н. Высоцкого (1905), который впервые предложил использовать количественный оценочный показатель засухи — индекс засушливости. Позднее Г.Т. Селянинов и др. (1930) вычислили отношение количества осадков к сумме температур, назвав его гидротермическим коэффициентом (ГТК). В случае засушливого периода ГТК 1,0; сухого — 0,5.
По данным М.С. Кулика (1966), снижение запасов продуктивной влаги в пахотном слое до 10-19 мм следует считать началом засушливого периода, при запасах менее 10 мм начинается засуха. Декады, в течение которых запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см ниже 20 мм, относят к засушливым, а менее 10 мм — к сухим.
За вековую историю изучения засух было предложено множество уравнений и математических выкладок для ее оценки. Они требуют более детального рассмотрения, так как в некоторой степени они отличаются оригинальностью, хотя и не лишены недостатков (Колосков, 1910; Познышев, 1934; Давид, 1936; Каминский, 1943; Скворцов, 1950; Костин, 1954; Нестеров и др., 1958; и другие). Вопрос о надежности ГТК в оценке засух рассмотрел A.M. Алпатьев (1956,1958), сопоставив данный показатель с урожайностью яровой пшеницы. Он пришел к выводу, что снижение урожайности культуры более чем на 20-25 % происходит, в случае, если ГТК уменьшается до 0,5-0,7. В целом ученые признают, что ГТК интегрирует климатический и биологический факторы, и вполне приемлем для использования в агрономической метеорологии. С. Г. Сафаров (2003) предложил в расчете ГТК и показателя увлажнения Шашко (Md) учитывать метеорологические условия предыдущего периода (с шагом в одну декаду), используя следующую формулу: I(Ri+Ri-l+Ri-2) ГТКі= , 0,ЩТі-КП-1+ТІ-2) где і —номер оцениваемой декады; Ї-1 — номер декады, отстоящий на одну декаду от оцениваемой; і-2 —номер декады, отстоящий на две декады; R— количество осадков; Т—температура воздуха.
По мнению автора, преимущество подхода в том, что в случае отсутствия атмосферных осадков расчетной засухи может и не быть из-за возможного достаточного увлажнения в предшествующей декаде.
Принято считать, что, если содержание продуктивной воды в пахотном слое почвы составляет более 20 мм, семена быстро прорастают, условия благоприятны для появления дружных всходов; если меньше 5 мм — всходы не появляются. Поэтому, применительно к осеннему и весеннему (от начала выхода в трубку до колошения) периодам развития озимых культур, И.Е. Бучин-ский (1976) предложил использовать понятия "сухая декада" (в пахотном слое почвы влаги менее 10 мм и 60 мм соответственно) и "засушливая декада" — менее 20 мм и 80 мм.
А.И Руденко (1958) для европейской части России оценивал засуху по ее влиянию на урожайность. Если последняя снижается более чем на 50 %, засуха очень сильная, на 20-50 % — сильная, менее чем на 20 % —средняя. Исследования Л.И. Руденко показали, что в годы засух чаще всего преобладают длительные засухи, охватывающие или весь период развития растений (сильная засуха) — от посева до восковой спелости (32 %), или же значительную его часть (очень сильная засуха) — от посева до начала молочной спелости (45 %).
Изучение многих исследований по установлению критериев засушливых явлений показало, что наиболее объективным и простым в вычислениях является индекс сухости Si, предложенный Д.А. Педем. В нем используются не сами значения температуры воздуха и осадков, а их аномалии по сравнению с климатической нормой: Si = DT/sT - DR/sR, где DT, DR — аномалии температуры воздуха и осадков; sT, sR — среднеквадратическое отклонение DT, DR. Достоинством этого индекса является и то, что он учитывает влияние определяющих засухообразующих факторов. По значению Si можно судить об интенсивности атмосферной засухи: чем больше Si, тем она сильнее, и наоборот. Засуха разделяется на три класса: 1 = Si 2 — слабая засуха, 2 =Si 3 — средняя засуха, 3 Si — сильная засуха. При избытке влаги индекс принимает отрицательные значения и характеризует степень переувлажнения.
Дифференциация засушливых земель проводится в соответствии с индексом влажности (IM), значение которого зависит от географической принадлежности территории. IM рассчитывают как отношение годовой суммы осадков к годовой потенциальной эвапотранспирации. В "Мировом атласе опустынивания" (UNEP, 1992) последний показатель определяется по методу Торнт-вейта (Thornthwaite, 1948). Значения ЇМ в диапазонах 0,05-0,20, 0,20-0,50, 0,50-0,65 характеризуют соответственно аридные, семиаридные и сухие субгу-мидные земли.
Большой интерес в начале XX в. представлял вопрос предсказания засух. Впервые это попытался сделать П.И. Броунов (1913), составив соответствующие атласы для европейской части России.
В советское время была предпринята попытка прогнозирования засух. За период 1887-1965 гг. засухи, случавшиеся на европейской территории бывше го СССР, были лишь в годы восходящей ветви 11-летнего цикла геомагнитной возмущенности (9 засух за 46 лет), а засухи в Казахстане — в годы нисходящей ветви цикла (9 засух за 33 года). "Двойные" засухи (их было 6 за 79 лет), имевшие место одновременно в обоих районах, наблюдались при небольших межгодовых изменениях в ходе геомагнитного индекса Кр.
Методика и агротехника в полевых опытах с многолетним применением разных форм минеральных удобрений и комплексным окультуриванием серых лесных почв
По инициативе профессора Е.А. Жорикова, в 1962 г. был заложен многолетний опыт по изучению эффективности разных форм азотных удобрений на серой лесной почве (регистрационный номер 02.11.61.405.01), включающий следующие варианты: без удобрений, РК фон (суперфосфат про-стой+хлористый калий). На данном фоне изучали формы азотных удобрений: аммиачная, кальциевая и натриевая селитры, аммоний сернокислый и хлористый, аммиачная вода и мочевина. В наших исследованиях мы взяли три контрастных варианта: без удобрений (БУ) и РК фон и РК фон + аммиачная селитра. Изучили устойчивость продукционного процесса к засухе на примере группы яровых зерновых культур (ячмень и яровая пшеница). Дозы азота, фосфора и калия под зерновые была по 60 кг/га д.в.
Начиная с 1967 г., проводится испытание различных форм фосфорных удобрений с целью выявления их влияния на продуктивность и качество продукции культурных растений (регистрационный номер 02.11.61.405.02). На фоне NK, где использовались аммиачная селитра и хлористый калий, вносились следующие формы: диаммофос (в таблицах Рдам), простой (Per) и двойной (Рсд) суперфосфат, обесфторенный фосфат (Роф) и фосфоритная мука (Рф). Доза азота под картофель в опытах составляет 80 кг/га, фосфора — 40 и калия — 40 кг/га; под однолетние травы (вика+овес) — азота 30 кг/га, фосфора и калия по 60 кг/га . Многолетний опыт по изучению влияния разных форм калийных удобрений на продуктивность культурных растений в условиях серых лесных тяжел осугл инистых почв был заложен в 1967 г. Н.И. Красеньковой (регистрационный номер 02.11.61.405.03.). В качестве контрольного варианта в исследованиях был выбран фон (NP), включающий сернокислый аммоний и простой суперфосфат; опытного — ЫР+40%-ная калийная соль (к.с); абсолютного контроля — вариант без удобрений. Доза азота под картофель в опытах составляет 60 кг/га, фосфора — 60 и калия — 60 кг/га.
Агрохимическая характеристика серой лесной почвы в зависимости от вариантов опыта показана в табл. 1, 2, 3. Анализы почв, растений выполнены в соответствии с существующими ГОСТами (ГОСТ 26490-85; ГОСТ 26488-85; ГОСТ 26204-91; ГОСТ 17.4.02-83). Определение белкового азота проводили по методу Плешкова, (осаждение белков проводили трихлоруксусной кислотой - ТХУ). Буферная способность почв по отношению к фосфору и калию определена по Beckett (1964). Статистическую и математическую обработку проводили при помощи программного продукта STAT1STICA и по Б.А. Доспехову (1985).Оценку энергетической эффективности применения минеральных удобрений проводили по Г.А. Булаткину (1983) и А.С. Миндрину (1997). Методика исследований в модельных опытах Методика опыта по почвенной микробиологии Работа включала изучение гомеостатического свойства плодородия поч вы на активность почвенных микроорганизмов. Схема опыта состояла в нали чие двух контрастных вариантов, различающихся по уровню плодородия, ко торые названы условно плодородная и неплодородная. Данные варианты представлены территориальными участками одной геохимической фации: рельеф ровный, почва серая лесная, подтип тяжелосуглинистая, раститель ность - культурная. Различия в плодородии почвы обусловлены только лишь влиянием афотехнологических подходов, в частности характером применения органических удобрений. Неплодородный вариант почвы отражает общее со стояние пахотного земледелия с недостаточными афокультуртехническими мероприятиями. В такой почве содержание гумуса (интегральный показатель плодородия) составляет около 2,4-2,7 %, при эколого-экономически обосно ванном более 3 % (Ильина, 1997), элементов питания ниже среднего. Система тическое применение навоза крупного рогатого скота в дозе 20-30 т/га увели чило гумус до 6 %, подвижного фосфора и обменного калия до 280-300мг/кг. ф Сформированную почву мы назвали условно плодородная (окультуренная). Почвенные образцы на микробиологические исследования отбирали с: контрольного варианта многолетнего полевого опыта (неплодородная почва) 1, огородного участка, примыкающего к опытному (плодородная почва) - 2. Почвенные образцы использованы в модельном опыте (заложены методом рендомизации) для изучения микробиологической устойчивости. Для этого почвенные образцы просеивались через сито 2 мм, и подсушивались в течение 3 дней (естественная сушка) до влажности завядания 6-7 % от сухой почвы.
После того, как почву засыпали в сосуды, произвели полив водой до влажности, соответствующей 30 % от сухой почвы (при навеске почвы 50 фамм ко - личество приливаемой воды составляло 15 мл). На вариантах с неплодород ной почвой (1) (выпаханная контрольного варианта полевого опыта) и плодородной (2) (огородная почва), где по схеме опыта количество воды должно было быть критическим (стрессовым) для жизнедеятельности микроорганизмов (засушливые условия), влажность почвы снижали до 6-7 % от сухой почвы (естественное испарение) и поддерживали в течение 10 дней. За 10 дней до проведения микробиологических исследований влажность почвы на этих вариантах сохранялась на уровне влажности завядания. На вариантах с постоянным оптимальным условием увлажнения неплодородной и плодородной почвы содержание воды колебалось на протяжении всего времени экспозиции 30 дней в пределах 25-30 % от сухой почвы.
Микробиологические исследования проводили в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина (г. Пущино). Для этого 0,5 г почвы с каждого сосуда помещали в пластиковую градуированную стерильную коническую пробирку, добавляли до 10 мл стерильный 0,1 % раствор Na4P207 х 10 Н20. Почвенную суспензию обрабатывали на ультразвуковой установке на холоде троекратно по 30 секунд с 30-секундными перерывами. Затем методом серийных разведений готовили необходимое разведение почвенной суспензии. На чашки Петри с агаризованными средами наносили по 0,05 мл почвенной суспензии и тщательно растирали ее шпателем по поверхности среды. Посевы инкубировали при 26С от 3 до 20 суток.
Агроэкосистемная устойчивость к почвенной засухе
Как известно, в биологии под гомеостазом понимают сохранение организмом своего внутреннего параметрического состояния при действии внешних сил. На организменном уровне благодаря явлению гомеостаза поддерживается устойчивое протекание основных жизненно-важных физиологических процессов, несмотря на то, что жизнь организма находится в константной опасности быть подчиненной внешним неблагоприятным обстоятельствам.
Физиологи утверждают, что степень проявления неблагоприятного действия засухи на растение зависит от его глубины и продолжительности, физиологического состояния растения и т.д. Г. Селье (цит. по П,А. Генкелю, 1982) выделяет фазы отношения растения к засухе: тревога, сопротивление и истощение.
В страдающем от засухи растении усиливается взаимодействие белков с водой, что диагностируется количеством связанной воды в клетках. Степень взаимодействия белков с водой зависит от проявления засухи. В случае, если она умеренная, растение вырабатывает реакции приспособительной природы, сильная — растение истощается. Данные A.M. Алексеева и Н.А. Гусева (1969) указывают на различия в изменении состояния воды в листьях пшеницы на этих двух фазах ответной реакции (табл. 14).
Оптимальной водообеспеченностью для многих сельскохозяйственных культур является наличие влаги на уровне 70-80 %. В этом случае оводнен-ность тканей оптимальна для протекания базовых физиологических процессов — фотосинтеза, дыхания и т.д., определяющих формирование урожая и его качественные характеристики. Как известно, в почве находится доступная и недоступная для растений вода. Количество последней определяется особенностями почвы — содержа нием органического вещества, гранулометрическим составом и т.д. При сни , жении воды в почве наступает момент, когда растение начинает усыхать. Ка тегория воды в почве, при которой в растениях наступает потеря тургора, получила название влажности устойчивого завядания (ВУЗ), характеризующаяся коэффициентом завядания. Например, для серых лесных почв тяжелого гранулометрического состава он составляет 5-6 % от массы сухой почвы. Однако на фоне улучшения питания растения ВУЗ проявляется при более низких значениях. Это подтверждает проведенный нами вегетационный опыт с ячменем на серой лесной почве. Изучались два варианта: почва с низким и высоким содержанием элементов питания. Высокий фон создавался за счет внесения нитрофоски. До третьего этапа органогенеза включительно растения выращивались при оптимальной влажности: содержание воды составляло на всех вари-антах 27-30 % от массы сухой почвы. Затем полив прекращался. При наступ лении признаков увядания растения определяли ВУЗ весовым методом — общее содержание воды в листьях ячменя.
К настоящему времени сложилось мнение, что первоначальная причина снижения урожая при засухе заключается в подавлении ростовых процессов (Алексеев, 1937; Максимов, 1939, 1944; Тагеева, 1946), предполагается, что рост требует более точной координации между всеми функциями, среди которых важное место принадлежит фотосинтезу. В реализации гомеостаза участвуют депонированные продукты метаболизма, среди которых наибольшее значение имеет белковый комплекс, определяющий водоудерживающую способность. Белок, как сложный, органический полимер, представляет продукт многообразных синтетических процессов, поэтому он отражает общее физиологическое состояние растения. Белковые молекулы взаимодействуют с водой, с органическими и неорганическими веществами, а также с биополимерами (нуклеиновые кислоты), выполняющими в растениях множество функций различной направленности, в том числе и ответственных за гомеостаз. В какой-то мере количественное состояние белка можно оценить по содержанию белковой фракции азота, на долю которого приходится основная часть всего азота.
Полученные нами результаты по содержанию белкового азота в растительной массе ячменя позволяют в одних ситуациях говорить с весомой долей уверенности, в других на уровне предположений (для нашего конкретного случая) о значении дополнительного питания в проявлении гомеостатических функций культуры. Как известно, количество белка в зерне засухоустойчивых сортов зерновых культур повышается при засухе (оказывает определенное влияние и солнечная инсоляция) при условии нормального роста и развития в начальные периоды онтогенеза. В наших опытах мы моделировали засуху таким образом, чтобы при реализации ячменем развитие адаптационных механизмов, выраженных в структурной перестройке биохимических процессов, направленных на усиленный синтез веществ, возможно, в том числе и белковой природы, ответственных за изменение свойств цитоплазмы, избежать. Для этого сразу после появления третьего листа у ячменя (до этого времени развитие культуры проходило в оптимальных условиях увлажнения) за 10-12 часов с момента прекращения полива создавалась одновременно атмосферная и почвенная засуха, (быстрая смена достигалась благодаря смонтированному нами засушнику). После чего сосуды с растениями переносились в оптимальные условия, а по истечении одних суток, после восстановления тургора, растения вновь подвергались засухе. И так несколько раз. В данном опыте нас интере совал вопрос влияния дополнительного минерального питания в образовании белкового азота.
Оценка энергетической эффективности применения удобрений в разных гидротермических условиях
В настоящее время особенно остро встала проблема экономии всех видов ресурсов при возделывании сельскохозяйственных культур. Отражая в оценке проводимых в земледелии агроприемов энергетический подход, представляется возможным дать более полную сравнительную характеристику по тем или иным мероприятиям. Энергетическая эффективность - это отношение энергии, накопленной в урожае, к затраченной антропогенной. Затраты энергии на производство минеральных удобрений определяли с помощью коэффициентов, приведенных в работе А.С. Миндрина (1997). Затраты энергии на внесение минеральных удобрений, уборку и доработку дополнительного урожая учитывали по методике Г.А. Булаткина (1983). Коэффициент энергетической эффективности (Кээ) удобрений определяли как отношение энергосодержания сельскохозяйственной продукции к энергозатратам, связанных с применением удобрений. Ушаковым Р.Н. (2005) для оценки устойчивости продукционного процесса была выведена формула, общий вид которой представлен следующим образом: Кэу= (Уб-1)/(1-Унб), где Кэу - коэффициент устойчивости продукционного процесса; Уб - урожайность в благоприятный по водообеспеченности год (ГТК 0,5); Унб - урожайность в не благоприятный по водообеспеченности год (ГТК 0,5). По аналогии с этой формулой был рассчитан коэффициент энергетической устойчивости (Кэу).
В расчетах использовали исходные данные, полученные нами в полевом стационарном опыте с азотными удобрениями, предусматривающем три наиболее контрастные схемы использования удобрений (без удобрений, фон РК и фон РК+аммиачная селитра).
Результаты, полученные при расчете Кэу, показали, что энергетическая устойчивость имела положительное значение (0,64 и 0,27) соответственно при ГТК 1,0 и ГТК 0,5 только на варианте с внесением комплекса элементов питания. На варианте фон РК при ГТК 1,0 и ГТК 0,5 результат получили отрицательный (-0,19 и -0,27) соответственно, поэтому азотные удобрения создают условия для устойчивого продукционного процесса.
1. Анализ динамики погодных условий свидетельствует об усилении засушливости в весеннее время в южной части Центрального Нечерноземья. За последние 20 лет при среднем значении майских осадков 34 мм в 7 случаях из 21 их количество составило меньше 20 мм (33,0%); за длительный период 1942-1981 гг. - в 3 случаях из 40 (7,5%) при средней величине 43 мм. Исходя из уравнения тренда (Y=52,0 0,3X), в среднем за год майских осадков становится меньше на 0,3 мм.
2. Повышение плодородия серой лесной почвы способствует стабилизации в ней функционального состояния биологических компонентов в засуху. При содержании гумуса более 3 % в засушливых условиях увеличивается протеолитическая, целлюлозолитическая и активность азотобактера соответственно на 10%, 12%иЗ%в сравнении с низкоплодородной почвой (гумуса 2,29 %). По результатам прямого микроскопирования отмечена та же закономерность: при дефиците воды в высокоплодородной почве на протяжении одного месяца рисунок бактериальных колоний визуально выглядел плотнее по сравнению с малоплодородной. О более высокой жизнедеятельности в окультуренной почве свидетельствуют также данные численности грибов, актино-мицетов, амонификаторов, бактерий, ассимилирующих азот минеральных солей, нитрификаторов и целлюлозоразлагающих бактерий, количество которых в почвенную засуху было достоверно больше малоокультуреиного аналога соответственно на 1,5 млн/г почвы;31,8; 5,8; 0,5; 15,2 и 2,2 млн/г почвы
3. За счет применения удобрений (нитрофоски) непродуктивный расход воды ячменем снижается в 6 раз в сравнении с неудобренным вариантом: с 0,36 до 0,06 гт сухой массы (установлено для III этапа органогенеза).
4. В длительных полевых опытах с минеральными удобрениями установлена тесная связь (г=0,7-0,9) урожайности яровых зерновых культур, картофеля и др. от ГТК. Расчеты показали, что при совместном внесение азотных, фосфорных и калийных удобрений в дозе 60-80 кг/га д.в. (по каждому элементу) позволяет в засушливых условиях (ГТК 0,5) на серых лесных почвах получать урожайность яровой пшеницы и ячменя около 30 ц/га, картофеля - 144-165 ц/га,
5. На формирование устойчивости урожая многолетних трав в засушливых условиях (ГТК 0,5) большую роль имеет применение минеральных удобрений: коэффициент устойчивости в варианте без удобрений для однолетних трав (викоовсяная смесь) составил 0,2 ед., в фоне средних и высоких доз удобрений — соответственно 0,6 и 1,1 ед.
6. В засушливых условиях производство сена на уровне 40 ц/га и более гарантировано только при внесении азотных, фосфорных и калийных удобрений в зернотравянопропашном севообороте в дозах соответственно 94, 96 и 84 кг д.в./га, навоза - 40 т/га и проведение разноглубинной системы обработки почвы. Коэффициент экологической устойчивости (Кээу 1, 2) составил 0,13 и 0,60 ед. соответственно.
