Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние приемов биологизации на плодородие чернозема типичного и продуктивность сельскохозяйственных культур 9
1.1. Сущность и принципы биологического земледелия 9
1.2. Основные приемы биологизации земледелия 15
1.2.1. Система удобрения полевого севооборота. Навоз 16
1.2:2. Зеленые удобрения..20
1.2.3. Солома зерновых культур 24
1.2.4. Минеральные удобрения. 26
1.2.5. Эффективность совместного внесения органических и минеральных удобрений. 30
1.2.6. Биопрепараты. 33
2. Программа, методика и условия проведения исследований..:. 37
2.1. Программа и методика проведения исследований. 37"
2.2. Характеристика почвенного покрова 42
2.3. Метеорологические условия в годы проведения исследований 45
3. Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на экологические показатели почвы 52
3.1. Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на плотность сложения почвы. 52
3.2. Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на микробиологическую активность почвы 55
3.3. Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на численность дождевых червей в почве 61
3.4. Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на динамику питательных веществ почвы. 65
3.4.1. Азот легкогидролизуемый 65
3.4.2. Фосфор подвижный 70
3.4.3. Калий обменный 74
3.5. Динамика физико-химических свойств почвы 78
4. Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на продуктивность сельскохозяйственных культур 81
4.1. Продуктивность звена полевого севооборота с различным уровнем биологизации 81
4.1.1. Предшественник озимой пшеницы (клевер 1г.п.) 81
4.1.2. Озимая пшеница 82
4.1.3. Сахарная свекла 86
4.1.4. Продуктивность звена полевого севооборота 91
4.2. Биоэнергетическая и экономическая оценки звена полевого севооборота с различным уровнем биологизации 93
5. Выводы и предложения производству 99
6.Список используемой литературы 103
7. Приложение
- Сущность и принципы биологического земледелия
- Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на плотность сложения почвы.
- Озимая пшеница
Введение к работе
Современные интенсивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур основаны на применении высоких доз минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Это приводит к накоплению > в растениях, почве и водоемах вредных, в том числе канцерогенных, веществ, оказывает негативное влияние на биологическую активность почвы, изменяя ее микробиоценоз, качество продукции и в конечном итоге представляет серьезную угрозу для окружающей среды и самого человека.
Анализ современного состояния земледелия внашей'странеи за' рубежом показал, что обострившиеся в последнее время экономические и экологические проблемы требуют значительных изменений применяемых технологий в сторону их биологизации.
Среди мер по биологизации земледелия, ведущих к экономии ресурсов и энергии в растениеводстве, важное место занимают севообороты. Их основная задача обеспечить эффективное использование культурными растениями почвенно-климатических ресурсов и запасов продуктивной влаги, устранить эрозионные процессы. Как в стране, так и за рубежом в условиях рыночной экономики к севооборотам ослаблено внимание, а порой ими просто пренебрегают, считая, что применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений, исключает необходимость научно обоснованного чередования культур в севообороте.
Особую роль играют биологозированные севообороты, которые оказывают положительное влияние на восстановление баланса энергии в агро-экосистемах и строятся на агроэкологических принципах, предусматривающих одновременно с получением высокой продуктивности сельскохозяйственных культур и экологически чистой продукции, также воспроизводство почвенного плодородия.
Это заставляет ученых аграриев разрабатывать технологии, основанные на естественном воспроизводстве плодородия почвы, повышении замк-
5 нутости круговорота веществ и энергии в агроэкосистемах, используя эффективные приемы биологизации такие, как: севооборот с высоким насыщением бобовыми травами, сидеральные и бактериальные удобрения, солому зерновых культур, биологические регуляторы роста растений и т.д. (Муха В.Д., Лазарев В.И., 2003; Муха В.Д. и др., 2006; Картамышев Н.И. и др., 2004, 2007; Муха Д.В.,1997; Лазарев В.И., Маслова З.С., 1998; Стифеев А.И., Лазарев В.И, 2002).
В этих технологиях объединяются в единое целое принципы повышения продуктивности пашни, охраны окружающей среды и ресурсосбережения, что позволяет частично исключить применение дорогостоящих минеральных удобрений, а также химических средств защиты растений.
Однако, комплексных исследований, касающихся разработки технологий возделывания сельскохозяйственных культур полевого севооборота для хозяйств различной специализации и уровня экономического обеспечения в условиях Центрально-Черноземного региона, в которых эффективно сочетаются все эти факторы, явно недостаточно.
В связи с этим оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур, входящих в севооборот, обоснование оптимальных соотношений доз минеральных и органических удобрений, а также определение способов восстановления и повышения плодородия почвы и их эколого-экономическая оценка является актуальной задачей, имеющей важное теоретическое и практическое значение.
Цель исследований. Установить оптимальный уровень биологизации звена полевого севооборота (процентное содержание органических удобрений в элементах питания), позволяющий снизить негативные экологические последствия в почве и обеспечить получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на черноземе типичном.
В ходе исследований нами решались следующее задачи:
1. Определить влияние уровня биологизации звена полевого севообо
рота (клевер одного года пользования - озимая пшеница - сахарная свекла)
на:
- плотность сложения почвы, микробиологическую активность почвы, численность дождевых червей в почве;
- динамику физико-химических свойств и питательных веществ поч
вы;
урожайность и технологические качества отдельных культур;
продуктивность звена полевого севооборота:
Изучить влияние биопрепарата «Гумат Плодородие» на экологические показатели почвы и продуктивность звена севооборота.
Определить энергетическую и экономическую оценку приемов биологизации звена полевого севооборота.
На защиту выносятся следующие положения:
одним из критериев агроэкологической оценки приемов биологизации звена полевого севооборота является уровень биологизации; его увеличение способствует улучшению экологических показателей почвы.
пятидесяти процентный уровень звена полевого севооборота (клевер одного года пользования - озимая пшеница - сахарная свекла) является оптимальным для обеспечения высокой урожайности и технологических качеств отдельных сельскохозяйственных культур, продуктивности всего звена при сохранении естественного плодородия почвы;
- в звене полевого севооборота: клевер одного года пользования - озимая
пшеница - сахарная свекла при различных уровнях биологизации эффек
тивно применять биологический препарат «Гумат Плодородие».
Научная новизна. Впервые в условиях Центрально-Черноземного региона проведены комплексные исследования влияния уровня биологизации звена полевого севооборота (клевер одного года пользования - озимая пшеница - сахарная свекла) на экологические показатели чернозема типичного:
7 плотность сложения почвы, микробиологическую активность, численность дождевых червей, динамику физико-химических свойств и питательных веществ почвы, а также урожайность и качество продукции.
Установлены оптимальные сочетания минеральных, органических удобрений (навоз, сидерат) и биологических препаратов в звене полевого севооборота. При этом уровень биологизации 50%-ого обеспечения потребности растений в элементах питания органическими удобрениями с использованием биологических препаратов является оптимальным. Дана биоэнергетическая и экономическая-оценка приемов биологизации в звене полевого* севооборота.
Объект исследования. Чернозем типичный мощный среднегумусный тяжелосуглинистый.
Практическая значимость работы состоит в том, что на основании проведенных исследований разработаны, технологии возделывания, озимой пшеницы и сахарной свеклы, в которых объединены принципы повышения-продуктивности пашни, охраны, окружающей среды и ресурсосбережения, изложенные в рекомендациях производству. Возделывание сельскохозяйственных культур по этим технологиям позволит повысить почвенное плодородие, увеличить урожайность и качество продукции отдельных культур полевого севооборота, снизить производственные затраты, получить экологически безопасную продукцию.
Работа по изучению агроэкологической оценки приемов биологизации звена полевого севооборота в условиях Центрального Черноземья является частью тематического плана Курской ГСХА по госбюджетной тематике №10 кафедры «Высшей и прикладной математики» и выполнена на базе филиала кафедры «Экологии и охраны природы» в Курском НИИ агропромышленного производства в многолетнем стационарном опыте отдела земледелия.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и обсуждены на всероссийских научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава научных работников и аспирантов Кур-
8 ской государственной сельскохозяйственной академии им. проф. И.И. Иванова (2004-2006 гг.).
Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах компьютерной верстки и состоит из введения, 4-х глав, выводов, предложений производству и списка используемой литературы, включающего 187 источников, в том числе 26 зарубежных наименований. Работа содержит 24 таблицы, 16 рисунков и 8 приложений.
Сущность и принципы биологического земледелия
Биологическая система земледелия является одной из разновидностей альтернативного земледелия. В основном биологическое земледелие применяют во Франции. По имени автора, обосновавшего принципы этой системы (1964г.), ее часто называют «система Лемер-Буше». Данная система земледелия представляет собой комплекс приемов производства и контроля качества сельскохозяйственной продукции. В ней предусматривается внесение преимущественно органических и зеленых удобрений. Не допускается применение химических удобрений, особенно легко растворимых, городских сточных вод и неочищенных промышленных отходов. Из минеральных удобрений предпочтение отдается природным ископаемым, не подвергшимся химической, термической и щелочной обработке.
Основным удобрением все же является органическое как «специфический» источник питания растений. Свежее органическое вещество не рекомендуют глубоко заделывать в почву во избежание разложения без доступа воздуха и появления продуктов, токсичных для семян и корней. До заделки в почву органические удобрения следует компостировать, чтобы при этом они проходили фазу аэробной ферментации. Рекомендованы не плотные, а рыхлые кучи и даже разбрасывание навоза по поверхности поля.
Для обеспечения растений питательными веществами в биологическом земледелии основную ставку делают на повышение жизнеспособности почвы, ее биологической активности. Внесение элементов питания в непосредственно усвояемой форме нарушает природные циклы и нормальное питание растений. В основном предусматривается пополнение элементов питания за счет трех источников: различных органических удобрений, трудно растворимых минералов и азотфиксирующих растений (Муха В.Д., Картамышев Н.И., Муха Д.В.,2004; Лобков В.Т., 1997; Andersson М., Wivstad Н., 1986; Dachler М., КосЫ А., 1994; Parr F., Papendick P., Ioungberg L, 1983).
В соответствии с принципами биологического земледелия следует подкармливать не растения, а полезные микроорганизмы для переработки растительных остатков и возвращаемых материалов в питательные вещества и гумус. Отсюда и требование максимальной реутилизации, рециркуляции отходов и побочной продукции сельского хозяйства (Ansorge Н., 1966, 1967; Blake F., 1987).
В биологическом земледелии также уделяется значение активизации процессов высвобождения питательных веществ из минеральных резервов почвы. В процессах высвобождения и минерализации большое значение должна играть почвенная микрофлора.
Доступность питательных веществ и равномерность снабжения ими растений в биологическом земледелии достигаются путем создания правильного севооборота и обработки почвы. При этом снабжение растений элементами питания должно осуществляться:
азотом в результате постепенной минерализации органических удобрений и растительных остатков, а также фиксации атмосферного азота;
фосфором в результате высвобождения связанного фосфора из разных соединений почвы и создания в ней равновесной системы адсорбции -десорбции фосфатинов (почвенных и внесенных с органическими удобрениями или сырыми фосфатами);
калием в результате высвобождения элемента из почвенных минералов и минерализации органического вещества, а при необходимости - внесения некоторых удобрений типа калимагнезии.
При такой системе, когда растение, тесно взаимодействуя с почвой, будет «добывать» себе пишу, а не «заглатывать» избыточное количество легкодоступных веществ, удается избежать многих отрицательных последствий интенсивного удобрения. В частности, внесение в почву высоких доз минеральных удобрений ухудшает доступность для растений ряда микроэлементов: цинка, бора, меди, молибдена и др. В ряде случаев может оказаться недостаток и макроэлементов (калий, магний). При этом считают, что недостаток отдельных элементов питания для растений заметно ухудшает качество продукции (Минеев В.Г., Ремпе Е.Х., 1991).
Для нейтрализации излишней кислотности почв в биологическом земледелии целесообразно применять базальтовую пыль, размолотые с высоким содержанием Са водоросли и другие приемы (Муха В.Д., 2002, Steinmann R., 1981).
При составлении севооборотов учитывают требование культур к поч-венно-климатическим условиям зоны, их продуктивность и устойчивость к поражению болезнями и вредителями. Рекомендуются севообороты со щадящим режимом насыщения одними культурами и применением сидератов с обязательным включением вики, ржи, овса и гороха.
Для борьбы с вредителями и болезнями рекомендованы превентивные меры борьбы. Среди них первое место занимает севооборот и правильное чередование культур в нем. Большое значение имеют также устойчивые к повреждению культуры и сорта, правильная обработка почвы, мульчирование (Coombs I., 1981; Altieri М., Davis L, Burronghs К., 1983). В биологическом земледелии часто подчеркивается роль создания всего комплекса оптимальных условий для роста и развития растений, что способствует устойчивости посевов- к вредителям и болезням. Сюда относят создание «живой» и плодородной почвы, использование сидератов (в качестве основных и промежуточных культур) (Картамышев Н.И. и др. 2004, 2007; Шаги Ф., 1986; Altieri М.э Davis I., Burronghs К., 1983).
Влияние уровня биологизации звена полевого севооборота на плотность сложения почвы
Одним из важнейших показателей плодородия почвы, от которого зависят скважность, аэрация, водный и воздушный режимы, микробиологическая активность и темпы минерализации негумифицированных растительных остатков является плотность почвы.
По мнению И.Б. Ревута (1972) плотность почвы следует рассматривать как первичный элемент не только физики почв, но и жизни растений.
Основным интегральным показателем плодородия почв является урожайность возделываемых культур. Так многочисленными исследованиями было установлено, что ослабление роста и развития культурных растений происходит при достижении критического уровня плотности почвы. Слишком рыхлое так же как и чрезмерно плотное сложение почвы, негативно влияет на возделывание культурных растений (R. Boone, 1984).
Сильное разрыхление почвы, несмотря на повышение биологической активности, быстрое разложение органического вещества и ускорение процессов нитрификации, неблагоприятно сказывается на росте и развитии растений (Уваров Г.И., Данилов Г.Г., и др. 1990)
Сильно уплотненная почва в сухом состоянии оказывает большое сопротивление почвообрабатывающим орудиям, угнетающе действует на формирование и функционирование корневой системы культурных растений; во влажном состоянии - характеризуется неблагоприятным соотношением воды и воздуха. Плотная почва обладает более низкой водопроницаемостью, что вызывает процессы эрозии (Почвоведение с основами геоботаники, 1991).
Переуплотненные; почвы (агрофизическая деградация) формируют новые лимитирующие факторы плодородия: уменьшение корнеобитаемого слоя, ухудшение водного режима (усиление проявления засухи, сужение диапазона продуктивной влаги), уменьшение доступных элементов питания, что сказывается на резком снижении урожая возделываемых культур. При этом урожай снижается при уплотнении не только пахотного, но и подпахотного слоев почвы.
Для нормального роста и развития культурных растений требуется оптимальная: плотность почвы, для каждой культуры она;колеблется довольно в широких пределах в зависимости от вида растений и особенностей почвы.
Оптимальные условия для роста и развития сельскохозяйственных культур на черноземах складываются для сельскохозяйственных растений при плотности почвы в пределах 1,0-1,2 г/см (В.Д. Муха, Н.И; Картамышев, И.С. Кочетков, Д.В. Муха, 1994; Н.И. Картамышев, А.А. Тарасов, 1997).
Состояние почвы, динамизм ее физических характеристик в процессе возделывания сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов: использование многократных обработок почвы, применение тяжёлой сельскохозяйственной техники повышенной массы предшественника и многое другое.
Поэтому знание механизма возникновения процесса переуплотнения и разработка приемов создания оптимальной плотности пахотного слоя, является важной задачей в решении проблемы воспроизводства; плодородия почв: и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
В наших опытах плотность почвы определялась в слоях 0-10, 10-20 и 20-30 см, в период возобновления весенней вегетации и перед уборкой озимой пшеницы, а также в период всходов и перед уборкой сахарной свеклы.
Озимая пшеница
Возделывание сахарной свеклы предусматривает комплекс мероприятий, направленных на максимальное получение продукции. Немаловажное значение при этом занимают технологические качества, корнеплодов, так как их химический состав влияет на технологический процесс и выход сахара при переработке. Поэтому нами исследовались закономерности изменения технологических качеств корнеплодов сахарной свеклы при сохранении высокой продуктивности под влиянием агротехнических приемов.
Результаты проведенных в 2004-2006 годах исследований показали, что возделывание сахарной свеклы по интенсивной технологии со 100% обеспеченностью потребности растений в элементах питания-только за счет минеральных удобрений обеспечивало наибольшую урожайность корнеплодов -469 ц/га, при этом прибавка урожая составила 162 ц/га (табл. 19).
Однако, внесение только минеральных удобрений под сахарную свеклу приводило к некоторому ухудшению технологических качеств корнеплодов - отмечалось снижение содержания сахарозы - на 0,6% (0,5% в 2004, 0,8% в 2005 и 0,6%) в 2006 годах), по сравнению с контрольным вариантом, на 0,7% снижалась чистота свекловичного сока, а также отмечалось увеличение количества зольных элементов в корнеплодах.
Отрицательное влияние высоких доз вносимых минеральных удобрений заставляет искать новые пути повышения качественных показателей корнеплодов сахарной свеклы. Многие ученые (К.И.Довбан, 1992; В.М.Дудкин, 1997, В.И.Лазарев 1997) в последние годы особое внимание уделяют изучению биологизированных технологий производства сахарной свеклы, которые предусматривают включение в севооборот сидеральных культур и биологических препаратов, снижающих отрицательное действие минеральных удобрений.
Результаты наших исследований показали, что возделывание сахарной свеклы по технологиям, предусматривающим использование умеренных доз минеральных удобрений (N90-60P90-60K90-60) в сочетании с навозом, сидератом и обработкой посевов биопрепаратом «Гумат Плодородие» , способствовало повышению ее урожайности на 114-141 ц/га в сравнении с контрольным вариантом. При этом, с увеличением уровня биологизации технологий урожайность сахарной свеклы несколько снижалась (рис. 13).
Полная замена минеральных удобрений органическими (навоз, сидерат, солома озимой пшеницы, биопрепарат) приводила к снижению урожайности сахарной свеклы на 57 ц/га, обеспечивая прибавку урожая в сравнении с контрольным вариантом, равную 105 ц/га.
Содержание же сахара в корнеплодах сахарной свеклы возделываемой по технологиям, включающим в себя органо-минеральную систему удобрения, было на 0,9-1,1% выше в сравнении с технологией включающей только минеральную систему удобрения (табл.20).
При этом с увеличением уровня биологизации звена севооборота содержание сахара в корнеплодах сахарной свеклы увеличивалось с 16,6 до 17,7% (рис. 14).
Обработка посевов сахарной свеклы биопрепаратом Гумат Плодородие в дозе 250 мл/га на фоне 100% обеспеченности растений элементами минерального питания за счет органических удобрений (вариант 6) повышала сахаристость корнеплодов на 0,6% (вариант 7).
