Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 8
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 28
2.1. Агроэкологическая характеристика почвенно - климатических условий Омской области 28
2.2. Характеристика почвенного покрова 38
2.3. Биология культуры 40
2.4. Эколого-биологические особенности озимой ржи (сорт Сибирь) 41
2.5. Условия и методика проведения исследований (схема опытов, наблюдения и метод исследования, описание стационара) 45
ГЛАВА 3. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПИТАТЕЛЬНОГО И ВОДНОГО РЕЖИМА ПОЧВЫ В ПОСЕВАХ ОЗИМОЙ РЖИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВ И СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ 51
3.1. Экологические свойства почвы 51
3.2. Водный режим почвы и водопотребление 62
3.3. Питательный режим и его регулирование в почве 70
3.3.1. Условия азотного питания 71
3.3.2 Условия фосфорного питания 77
3.3.3. Обеспеченность культуры калием 80
ГЛАВА 4. ЗАСОРЕННОСТЬ И ФИТ ОС АНИТ АРНОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЦЕНОЗОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ 86
4.1. Особенности формирования засорённости почвы и посевов зерновых культур в зависимости от основной обработки почвы и средств интенсификации 86
4.2. Развитие и вредоносность листостеблевых заболеваний 95
4.2.1. Экологические особенности формирование посевов и структура урожая 102
4.2.2. Урожайность озимой ржи в зависимости от технологии возделывания 110
4.2.3. Качество зерна 114
4.3. Экологическая оценка содержания тяжёлых металлов в системе «почва-растение» 117
4.4. Экологическая оценка содержания радионуклидов и пестицидов в системе «почва - растение» 125
ВЫВОДЫ 131
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 134
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 135
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
- Агроэкологическая характеристика почвенно - климатических условий Омской области
- Экологические свойства почвы
- Особенности формирования засорённости почвы и посевов зерновых культур в зависимости от основной обработки почвы и средств интенсификации
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время при выращивании продовольственного зерна доминирующая роль принадлежит одновидовым посевам, понижающим устойчивость агрофитоценозов к неблагоприятным погодным условиям и другим факторам внешнего воздействия. Современные агроэкосистемы по сравнению с природными биоценозами характеризуются нестабильностью и пониженной способностью противостоять сорнякам, вредителям и болезням, потери урожая от которых только в Омской области достигают 30-40% или около 1,0 млн. тонн зерна. В этой связи важнейшим условием более эффективного использования и увеличения продуктивности агроценозов – повышение их экологической устойчивости.
Важнейшее значение в зерновом балансе региона отводится озимым культурам, площадь которых в Омской области составляет более 30 тыс. гектаров. Озимая рожь по своим биологическим особенностям способна рационально использовать невегетационные осадки и является засухоустойчивой культурой, что связано с развитием корневой системы и ранним весенним пробуждением по сравнению с яровыми. Увеличение озимых культур в севооборотах облегчает борьбу с сорняками за счёт быстрого отрастания, хотя проблема, особенно с корнеотпрысковыми видами, до конца не решается.
Опыт мирового земледелия показывает, что без освоения интенсивных технологий выращивания озимых культур повысить их продуктивность невозможно. В то же время, длительное антропогенное воздействие на биоэкосистему приводит к количественным и качественным изменением баланса биогенных элементов в почвах, агроценозе и конечной продукции. Важнейшей проблемой современного земледелия является регулирование биологического круговорота веществ в агроценозах. Проследить направленность данных изменений без экологического мониторинга невозможно.
Переход к агроландшафтным системам земледелия создаёт условия для оптимального экологически и экономически обоснованного использования природных и антропогенных ресурсов, применения природоохранных энергосберегающих технологий возделывания культур, средств интенсификации, получения высоких устойчивых урожаев и экологически чистой сельскохозяйственной продукции (Абрамов и др., 1998, Кирюшин, 2000).
Цель работы: изучить эколого-биологические особенности агрофитоценозов озимой ржи (сорт Сибирь) в зависимости от длительного (27 лет) применения антропогенных факторов – приёмов основной обработки почвы и средств интенсификации в южной лесостепи Омской области.
Задачи исследования:
-
Выявить экологобиологические особенности и закономерности роста и развития растений озимой ржи в осенний и весенне-летний периоды.
-
Определить изменение количественных и качественных параметров сорного компонента и фитосанитарного состояния агрофитоценоза посевов озимой ржи в зависимости от применения почвоохранных приёмов обработки почвы и средств интенсификации.
-
Установить влияние почвоохранных приёмов обработки чернозёмных почв и рационального применения средств интенсификации на изменение элементов структуры урожая, продуктивности и качества зерна озимой ржи сорта Сибирь.
-
Изучить экологическое состояние верхнего слоя выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) вследствие длительного воздействия антропогенных факторов.
Объектом исследования является озимая рожь (сорт Сибирь) селекции СибНИИСХ патент № 0594 выдан 1999 г.
Научная новизна работы. На основании комплексных исследований установлены количественные и качественные изменения агрофитоценоза посевов озимой ржи при длительном (27 лет) воздействии антропогенных факторов – почвоохранных приёмов обработки почвы и интенсивных технологий выращивания культуры. Выявлена зависимость между технологиями обработки чернозёмных почв и средствами интенсификации, с одной стороны, продуктивностью и качеством зерна озимой ржи – с другой. Установлены экологические последствия и состояние выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) при применении рекомендуемых технологий.
Теоретическая и практическая значимость работы. Проведённые комплексные исследования обосновали и подтвердили, что применение почвоохранных ресурсосберегающих технологий возделывания озимой ржи при применении средств интенсификации способствует более рациональному использованию и воспроизводству основных элементов плодородия чернозёмных почв и созданию устойчивых агроценозов озимой ржи сорта Сибирь. Рекомендуемые технологии не вызывают негативных экологических последствий в верхнем слое чернозёмных почв и конечной продукции (зерно).
Положения, выносимые на защиту:
1.Эколого-биологические особенности и закономерности роста и развития растений озимой ржи сорта Сибирь в осенний и весенне-летний периоды в лесостепных агроландшафтах Омской области более выражены, чем у других зерновых культур.
2.Агроэкологическая оценка и состояния элементов плодородия чернозёмных почв, особенности изменения сорного компонента и фитосанитарного состояния агрофитоценоза озимой ржи при длительном воздействии антропогенных фактов определяется приёмами обработки почвы и применением средств интенсификации.
3.На продуктивность и качество зерна озимой ржи сорта Сибирь, оказывает влияние ресурсосберегающие приёмы обработки чернозёмных почв и рациональное применение средств интенсификации.
4.Повышается экологическая устойчивость верхнего слоя выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) в результате длительного воздействия антропогенных факторов при выращивании озимой ржи.
Апробация работы. Основные положения работы и полученные результаты исследования были раскрыты на Международных и региональных конференциях: «Успехи современного естествознания» (27-29 сентября, г. Москва, 2005); «Экология Омской Области». По материалам научно практической конференции с участием зарубежных учёных (28 мая, г. Омск, 2005 (г. Тара, г. Прешов)); 1 международная научно-практическая конференция «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития» (март, г. Ишим, 2006); «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно - Сибирского региона» (апрель, г. Омск, 2006); региональная научно – практическая конференция «ХV Ершовские чтения» (март, г. Ишим, 2006); «Омская биологическая школа» (г. Омск, 2006); Фундаментальные исследования «Академия Естествознания» (г. Москва, 2006); «Омский научный вестник» (г. Омск, 2006); «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность» Материалы международной научной конференции (г. Санкт-Петербург, 2006); «Естественные науки и экология» (г. Омск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей. Общим объёмом 1,86 п.л.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 1 страницах машинописного текста, включая 20 таблиц, 15 рисунков и 33 приложения. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 214 источников, в том числе 9 на иностранных языках.
Агроэкологическая характеристика почвенно - климатических условий Омской области
Южная часть лесостепной зоны занимает свыше 4,4 млн. га пашни или 22,8%. Зона проходит узкой полосой от Урала, через южную часть Тюменской области, охватывает южно-лесостепные районы в Омской области и южно - Барабинскую зону Новосибирской области и включает приобскую зону Алтайского края и основную (64%) часть пашни Кемеровской области.
Западная и Центральная часть зоны в пределах Тюменской, Омской и Новосибирской областей, представляет собой пониженную равнину.
По геоморфологическим условиям зона представляет собой пониженную аккумулятивную равнину с абсолютными высотами от 100 до 150 м над уровнем моря. При общей равнинности, слабой расчлененности и дрениро-ванности территории поверхность ее осложнена многочисленными формами мезо- и микрорельефа (Панфилов, 1976). Площадь эродированной пашни в зоне составляет 15 - 35%. Распахан-ность территории 30 - 55%, облесенность 7 -11%.
Климат южной части Западной Сибири типично континентальный с продолжительной зимой и коротким летом с поздними весенними и ранними осенними заморозками. На территорию зоны свободно вторгаются холодные арктические и тёплые, сухие из пустынь и степей Казахстана и Средней Азии, воздушные массы. Неустойчивость погодных явлений - отличительная черта климата лесостепной зоны Западной Сибири.
Характерным показателем условий лесостепи является холодная, суровая и продолжительная зима с устойчивым снежным покровом, но не многоснежная. Лето тёплое, чаще жаркое. Весна ветреная и сухая, непродолжительная осень с первыми заморозками в начале сентября. Среднегодовая температура близка к 0 С, Температура самого теплого месяца (июль) 19-19,5С, самого холодного (январь) -19,-20С. Вегетационный период составляет 160 - 165 дней, в том числе безморозный 115 - 125 дней. Суховеи наблюдаются весной и в первой половине лета.
Среднегодовое количество осадков в южной лесостепи Омской области 300 - 350 мм, их распределение крайне неравномерное в течение года. В зимние месяцы выпадает 20 - 25%, а летом 50 - 65%. Годовой максимум в июле 60 - 70 мм, минимум с января по март (8 - 10 мм). Несмотря на то, что основное количество осадков выпадает в летнее время, расход влаги на физическое испарение в этот период превышает сумму выпадающих осадков, ГТК = 0,8-1,0. Суточное количество осадков в Омске больше 10мм за вегетацию бывает в среднем 5 раз, больше 15 мм - 2 раза.
За время проведения опытов метеорологические условия характеризовались существенными колебаниями в период весеннего отрастания озимой ржи (табл. 1, рис. 1, рис. 2).
Метеорологические показатели характеризовали 2002 год, как год с избыточным увлажнением и недостаточным количеством положительных температур. Гидротермический коэффициент за вегетационный период со зо ставил 1,44, то есть погодные условия были в целом благоприятными для возделывания озимых культур. Так осадки в августе месяце составили 78 мм, что составляло 156% от нормы. Температура воздуха в том же месяце в среднем составила 15,9 С, то есть отклонение от нормы составило 0,4і С. ГТК=1,6.
В сентябре 2002 г среднедекадная температура воздуха составила 12,2 С, что выше нормы на 1,4С (прил. 1). Переход среднесуточной температуры воздуха через +5 С в сторону понижения осуществился 22 сентября, что на 3 - 7 дней позднее обычных сроков. За месяц выпало 20 мм осадков, что составляет 69% от среднемноголетних значений. Озимая роясь в течение третьей декады активно вегетировала, высота растений составила 16 - 18 см, энергия кущения 1,8 - 2,7 побега на куст. Запасы влаги в метровом слое почвы оценивались как хорошие 120 - 170мм.
Октябрь характеризовался как тёплый месяц с недобором осадков. Максимальная температура повышалась 3 октября до 18С, минимальная температура воздуха 15 числа понижалась до -10С, на поверхности почвы до -17С.
Осадки выпадали в виде дождя и снега в первой и второй декадах. Озимая рожь в дневные часы вегетировала. Для прохождения первой фазы закаливания условия были благоприятными: сухая солнечная погода, отрицательные температуры в ночное время и положительные днём способствовали накоплению углеводов.
В ноябре 2002 г выпали осадки в виде дождя и снега. В Омске за период наблюдений с 1887 года, согласно метеоданным, такое большое количество осадков (85 мм) в ноябре отмечалось впервые. Озимая рожь в состоянии покоя, минимальная температура на глубине узла кущения составила на конец месяца -7С. Условия для перезимовки в ноябре были удовлетворительные. При быстром увеличении высоты снежного покрова, понижения температуры воздуха почти не сказывались на температуре почвы.
Экологические свойства почвы
Важное значение среди почвенных условий жизни растений имеет плотность верхнего слоя почвы. Установлено, что только при оптимальной плотности семена лучше поглощают воду, набухают, дружно прорастают и обеспечивают получение более высокого урожая. В почве с избыточным уплотнением создаются неблагоприятные условия для возделываемых культур: наблюдается недостаточная пористость - поры малы по размерам; вода, которая содержится в этих порах, почти не доступна растениям; в такую почву плохо проникает воздух; корни растений с трудом проникают в такую почву. Однако, очень рыхлая почва тоже не желательна, как и слишком плотная. В такой почве семена хуже набухают и медленно прорастают, она быстрее и сильнее иссушается. Уплотнение до определённого состояния улучшает свойства почвы (Воробьёв, и др., 1977).
По данным В.В. Медведева (1988) низкая плотность сложения (0,90 -1,05 г/см3) способствует усиленному росту корней, но адекватного прироста урожайности не наблюдается. С увеличением плотности сложения до 1,3 г/см3 уменьшаются в 1,5 - 2 раза масса и объём корней. Подобные результаты получены B.C. Мокшиным и В.И. Яровым (1984) по отношению сорных растений к повышенной плотности почвы.
Повышенная плотность приводит к ухудшению основных режимов почвы. Отмечается большое количество недоступных для корней пор, что является существенной механической преградой, снижающей скорость их роста. Скорость роста является немаловажным фактором в снабжении растений водой и питательными элементами. Первостепенное значение приобретает этот фактор в условиях недостаточного увлажнения, обеспечивая глубокое проникновение корневых систем в подпахотные слои.
Высокая плотность сложения является одним из основных факторов, препятствующих глубокому проникновению корневых систем в корнеоби-таемый слой и сосредоточению основной массы корней в верхнем слое почвы 0-20см. Уплотнённая прослойка в корнеобитаемом слое оказывает такое же отрицательное действие, как и уплотнение всего почвенного профиля. В результате корни развиваются горизонтально, снижается урожайность культур,- на 30 - 69% (Старовойтов, Бабанов, 1986).
Исследованиями А.И. Шевлягина (1963) для местных чернозёмов оптимальные границы плотности почвы при возделывании яровых зерновых культур установлены на уровне 1,0 - 1,2 г/см\ Позднее В.Н., Слесаревым (1984) данные параметры были уточнены и оптимальная плотность для зер-новых (пшеница, ячмень) составила 1,15 - 1,20 г/см . Г.И. Казаков (1997) в своих исследованиях на чернозёмных почвах Среднего Поволжья пришёл к выводу, что для основных сельскохозяйственных культур оптимальная плотность сложения варьирует от 1,0 - 1,2 г/см в засушливые годы, а во влажные она ниже на 0,1 г/см .
Характерная черта черноземных почв региона - высокая устойчивость их к уплотнению. В исследованиях Г.В. Назарова (1970), И.Б. Ревута (1970), B.C. Слесарева (1984), Н.В. Абрамова (1992) установлена тесная зависимость плотности верхних слоев от содержания гумуса, гранулометрического состава, содержания водопрочных агрегатов и ряда других факторов внешней среды. Отмечалось, что чем больше почва гумусирована и выше в ней содержания водопрочных агрегатов, меньше влажностные изменения, тем ниже плотность и выше ее устойчивость к уплотнению.
Исследования Л.С, Роктанэна (1973), показывают, что оптимальные для жизни, растений почвенные условия создаются при соотношении фаз почвы; твердой - 43 - 44%, жидкой - 34 - 35 и газообразной - 21 - 23% от общего ее объема.
Особенности формирования засорённости почвы и посевов зерновых культур в зависимости от основной обработки почвы и средств интенсификации
Снижение урожая засоренных посевов объясняется ухудшением условий жизни культурных растений.
Вредоносность - свойство сорных растений угнетать рост и развитие сельскохозяйственных культур, затрудняя уборку, снижая урожай и его качество.
В.Д. Василевский (2002) указывает, что конкуренция всегда охватывает полный комплекс ресурсов жизни, многогранна в своих механизмах и проявлениях. В агрофитоценозах наблюдается конкурентная борьба культурных растений и сорняков за многие виды ресурсов среды обитания и за жизненное пространство, в том числе за свет.
Вредоносность отдельных видов сорняков изучалась рядом авторов: И.Н. Кузиным - щетинника зеленого; Н.З. Милащенко, В.Г. Холмовым, Г.А. Диановым, В.Г. Дорониным - бодяка полевого, осота полевого, молокана татарского, щирицы запрокинутой, аистника цикутового, пикульников; А.Н. Власенко - гречихи татарской; Н.А. Рейдовым - овсюга; В.Г. Холмовым, В.Г. Дорониным, П.Ф. йониным - карантинного сорняка паслена трехцветкового.
В Западной Сибири обнаружено около 300 видов сорных растений, из которых основное ядро состоит из обычных видов северной части Евроазиатского континента (пырей ползучий, бодяки, осоты, вьюнок полевой, жабрей, сурепки и многие другие) (Плотников, ] 972).
Произрастая в агрофитоценозах с культурами, сорняки снижают их продуктивность, затрудняют уборку и подработку урожая, ухудшают его качество. Многие сорняки являются резерватами или промежуточными хозяевами болезней, вредителей или ядовиты для человека и животных
Обладая хорошо развитой корневой системой и быстрым ростом надземных органов, сорняки сильно конкурируют с культурой в потреблении основных элементов питания. Так, по данным опытов СибНИИСХ, выполненных с помощью меченых атомов, сорняки в 2,75 раза быстрее, чем культура, усваивали фосфор из вновь вносимых удобрений (Березин, Ершов и др., 2003).
Транспирационный коэффициент у сорняков в 2 - 3 раза больше, чем у культуры. Определение транспирации в опытах показало, что в расчете на 100 растений суточный расход влаги составил у пшеницы 0,8 - 1,2 мм, щирицы запрокинутой - 3,3; пикульников - 1,9; осота полевого - 4,5 мм. Проблема влаги в засушливых условиях юга Сибири актуальна практически каждый год (Абрамов и др., 1998).
Большое разнообразие сорных растений, с одной стороны, морфологическое и биологическое сходство многих из них с культурными растениями, с другой дают возможность рассматривать эти растения как вполне сформировавшиеся жизненные формы.
Видовое многообразие сорняков, отличающихся различными жизненными циклами и экологобиологическими особенностями, их исключительной приспособляемостью к среде обитания приводит к тому, что в борьбе с засоренностью нельзя добиться успеха одним каким-то методом или средством. Нужны сочетания агротехнических, химических, биологических и других методов, обеспечивающих эффективное подавление сорной растительности.
При планировании мероприятий по борьбе с сорняками за основу принимается интегрированная система приемов по их ликвидации. Она включает в себя зависимость видового состава сорных растений, а также высеваемых культур и почвенно-климатических условий. Сюда также следует отнести систему снижения уровня мер по предотвращению засорения почвы и семян каких-либо культур: агротехнические, химические и биологические меры.
К карантинным для Сибири сорнякам относятся все виды амброзии и повилики, паслён трёхцветковый (Фисюнов,1981).
