Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 13
1.1. Эволюция учений о применении систем удобрений 13
1.2. Влияние систем удобрений и способов мобилизации плодородия на агрохимические свойства почвы 23
1.2.1. Содержание гумуса и пути его воспроизводства в современных условиях 23
1.2.2. Азот и динамика его соединений в почве 30
1.2.3. Содержание и динамика в черноземах подвижного фосфора 34
1.2.4. Динамика обменного калия в почве 40
1.2.5. Содержание и трансформация тяжелых металлов в почве и растениях 43
1.3. Влияние систем удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур 51
2. Условия, методология, методы и методики проведения исследований 68
2.1. Почвенно-климатические условия зоны проведения исследований. 68
2.2. Место проведения и схемы опытов 72
2.3. Методы, методики полевых и лабораторных исследований 79
2.4. Погодные условия в годы проведения опытов 81
2.5. Особенности агротехники возделывания сельскохозяйственных культур в стационаре и сопутствующих опытах 98
3. Мониторинг агрохимических свойств чернозема выщелоченного в связи со способами мобилизации плодородия почвы 103
3.1. Влияние временного фактора, систем удобрений и способов обработки почвы на формирование влагозапаса в севообороте 104
3.2. Гумусовый потенциал 132
3.3. Реакция почвенного раствора 149
3.4. Динамика минерального азота 162
3.5. Фосфатный режим почвы 179
3.6. Калийный потенциал 205
3.7. Содержание тяжелых металлов 230
4. Интенсивное влияние способов мобилизации плодородия почвы на продуктивность сельскохозяйственных культур и севооборота 261
4.1. Влияние систем удобрений и способов обработки почвы на продуктивность севооборота 261
4.2. Влияние совершенствования методики закладки длительных опытов на урожайность сельскохозяйственных культур 295
4.2.1. Влияние систем удобрений и способов обработки почвы на урожайность озимой пшеницы 295
4.2.2. Влияние систем удобрений и способов обработки почвы на урожайность озимого ячменя 307
4.2.3. Влияние систем удобрений и способов обработки почвы на урожайность подсолнечника 314
4.2.4. Влияние последействия систем удобрений и способов обработки почвы на урожайность озимого рапса 321
4.2.5. Влияние систем удобрений и способов обработки почвы на урожайность рапса ярового 325
4.2.6. Влияние удобрений на урожайность горчицы сарептской 328
5. Химический состав растений и качество урожая 333
5.1. Влияние систем удобрений и способов обработки почвы на качество продукции сельскохозяйственных культур в севообороте 333
5.2. Транслокация тяжелых металлов в системе почва - удобрение -растение 344
6. Математико-нормативное обеспечение программирования урожайности 369
7. Связи исследований в стационаре кафедры Агрохимии СГАУ с практикой земледелия Центрального Предкавказья 376
8. Экономическая и биоэнергетическая эффективность способов мобилизации плодородия почвы 380
9. Выводы 390
10. Предложения производству 398
11. Список литературы 399
Приложения 459
- Влияние систем удобрений и способов мобилизации плодородия на агрохимические свойства почвы
- Место проведения и схемы опытов
- Влияние временного фактора, систем удобрений и способов обработки почвы на формирование влагозапаса в севообороте
Введение к работе
Актуальность темы. Согласно расчетам, проведенным ООН, при существующих темпах роста, численность населения Земли к 2025 г. может превысить 8 млрд. человек. Для решения продовольственной проблемы в первой четверти XXI века необходимо удвоить валовые сборы, или выращивать около 4 млрд. т. зерна. Это может быть достигнуто только на основе интенсификации земледелия.
Научно обоснованное применение систем удобрений и других средств химизации - единственный путь повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур. Широко известны результаты длительных опытов с удобрениями, проводящихся в различных странах мира. Они однозначно свидетельствуют о том, что при систематическом полувековом и даже вековом применении удобрений не происходит ухудшения свойств почвы, падения ее плодородия, снижения продуктивности культур и ухудшения качества продукции растениеводства, т.е. научно обоснованные системы удобрения являются мощным фактором сохранения и повышения почвенного плодородия.
Вместе с тем, высказываются опасения, связанные с возможным негативным воздействием удобрений, пестицидов и других средств химизации на элементы окружающей среды. Увлечение чрезмерно высокими дозами минеральных удобрений без достаточного научного обоснования, нарушение технологии их применения, интенсивная обработка почвы с использованием тяжеловесного машинно-тракторного парка и другие факторы предопределяют комплекс возможных негативных экологических последствий. Перед человечеством встала проблема дальнейшего развития земледелия, изыскания альтернативных путей поддержания его высокой продуктивности.
Резкому снижению применения минеральных удобрений небезуспешно способствуют различные средства массовой информации, убеждая обывателя во вреде применения туков, мелиорантов и пестицидов для человека, животных и окружающей среды, хотя самые развитые и благополучные страны ис-
6 пользуют их в больших количествах. Интенсификация растениеводства, как направление хозяйствования на земле, является разумно необходимой и, по-видимому, единственной альтернативой экстенсивного пути его развития, о чем свидетельствует более чем 250-летний период применения минеральных и других удобрений в Западной Европе, США, Японии, Китае. Резкое снижение применения минеральных туков, сокращение источников традиционных форм органических удобрений, осложняющаяся экологическая обстановка требуют нового подхода к решению проблемы воспроизводства почвенного плодородия и повышению продуктивности пашни.
Предлагаемые в настоящее время пути решения этой проблемы целесообразны и во многом реализуемы. Биологизированное земледелие основывается на ряде основополагающих факторов: севообороты, адаптивные виды и сорта полевых культур, дифференцированная обработка почвы, расширение посевов многолетних бобовых трав, биологизированная система удобрений, базирующаяся на минимальном применении промышленных средств химизации и широком внедрении традиционных и нетрадиционных органических удобрений, биологических препаратов.
В результате неудачного проведения реформ в аграрном секторе экономики сельское хозяйство России оказалось в тяжелом кризисе. За последние пятнадцать лет объем применения минеральных удобрений сократился в 13 раз и составил 12-16 кг д.в. на 1 га, а органических - в 8-Ю раз - 0,3 т/га. Сейчас каждый гектар российской пашни в среднем недополучает около ста килограммов питательных элементов. Объемы их применения в два раза ниже уровня Германии в начале двадцатого века. Между тем мировой опыт показывает, что интенсификации земледелия нет альтернативы, а на долю удобрений приходится примерно половина прибавки урожая сельскохозяйственных культур. В последние годы применение минеральных удобрений в США не опускалось ниже 100 кг NPK, а в странах Западной Европы колеблется в пределах 250-450 кг/га, с обязательным соблюдением положительного баланса питательных веществ.
Стратегической задачей земледелия является сохранение и приумножение плодородия почвенного покрова, его экологической чистоты - как главного богатства любого государства. Эксплуатация почв без применения мер по воспроизводству ее плодородия - медленное экологическое самоубийство. Поддерживать же высокое плодородие почв невозможно без научно обоснованного разумного использования агрохимических средств.
Для удовлетворения потребностей населения России в сельскохозяйственной продукции и расширенного воспроизводства плодородия почв ежегодно требуется, по далеко не оптимальному варианту, вносить около 16,5 млн. т минеральных удобрений. Однако намеченные конкретные меры по повышению плодородия почв Федеральной целевой программой на 2001-2005 годы не выполняются. Связано это с высокой стоимостью энергоносителей, минеральных удобрений, резким нарушением паритета цен между продукцией сельского хозяйства и другими отраслями экономики Российской Федерации.
Практически все исследователи в своих работах (В.В. Агеев, В.Г. Ми-неев, А.И. Подколзин, B.C. Цховребов, А.Х. Шеуджен, П.В. Клюшин, Л.Н. Петрова, Е.И. Рябов, С.Х. Дзанагов, В.Б. Хамуков, М.Т. Куприченков) отмечают устойчивую тенденцию к снижению почвенного плодородия Центрального, Западного и Восточного Предкавказья, ухудшение их агрохимических, агрофизических, биологических свойств, а в последнее время и экологических показателей агроэкосистем. Поэтому вопросы изучения состояния плодородия почв и динамики его изменения весьма актуальны и своевременны. Необходимо выявить максимально приближенные к конкретным условиям качественные и количественные характеристики параметров плодородия, определить направленность процессов, протекающих в почвах, и требующих проведения агроэкологической оценки их состояния.
Производственный и научный опыт однозначно свидетельствуют о том, что при систематическом применении удобрений не происходит ухудшение свойств почвы, падение ее плодородия, снижение продуктивности
"8
культур и ухудшение качества урожая. Наоборот, научно-обоснованные системы удобрений позволяют снизить себестоимость производимой растениеводческой продукции на 10-15%, повысить эффективность применения удобрений на 25-30%.
Анализ экспериментальных данных сравнительной оценки различных систем земледелия во многих странах мира позволяет сделать вывод, что достижения в растениеводстве возможны не вследствие разработки альтернативных форм земледелия, а вследствие совершенствования существующих. Главное при этом - научно обоснованный севооборот, применение всех видов органических удобрений, ограниченное использование, с учетом оптимизации питания растений, минеральных удобрений, экологически безопасная система защиты растений, широкое применение биологических приемов и средств, дифференцированная система обработки почвы с учетом биологических требований культуры и почвенно-климатических условий.
Все вышесказанное требует разработки и внедрения оптимальных (ре-сурсо- и энергосберегающих) зональных систем удобрения в типичных севооборотах, обеспечивающих сохранение и расширенное воспроизводство плодородия выщелоченных черноземов, достижение устойчивого увеличения урожайности, улучшения качества продукции, роста продуктивности севооборота при обязательном сохранении чистоты природной среды. Попытка решения этих вопросов была сделана в длительном стационарном полевом опыте с систематическим внесением удобрений.
Поиск методов повышения эффективности применения систем удобрений в условиях существенного уменьшения их производства и использования обуславливает необходимость более детального изучения вопросов, связанных с применением систем удобрений в севообороте на выщелоченном черноземе, чему и посвящена данная работа.
Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в теоретическом обосновании и реальной оптимизации систем удобрений в длительном стационаре Центрального Предкавказья. Достижение цели ви-
дится через призму биологизации систем удобрений, применения расчетного метода определения норм удобрений и разработки рациональных способов обработки почвы для умеренно влажной и зоны неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья.
В задачи исследований входило:
выявить закономерности изменения агрохимических свойств выщелоченного чернозема (гумусовый потенциал, азотный, фосфорный и калийный режимы, физико-химические свойства, водный режим почвы) в связи с временным фактором и применением систем удобрений в севообороте различной степени насыщенности туками на фоне различных способов основной обработки почвы;
оценить влияние способов мобилизации плодородия почвы (предшественники, способы обработки почвы, системы удобрения) на водные свойства почвы и водопотребление растений;
изучить последействие систем удобрений на миграцию питательных веществ по горизонтам почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур в севообороте;
изучить транслокацию тяжелых металлов в системе почва - растение в связи с применением систем удобрений;
выявить влияние систем удобрений в связи со способами основной обработки почвы на продуктивность севооборота, урожайность сельскохозяйственных культур и качество продукции растениеводства;
рассчитать экономическую и биоэнергетическую эффективность способов мобилизации плодородия почвы.
Научная новизна. Впервые в умеренно влажной и зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья оптимизация систем удобрений изучается на фоне модификации полевых севооборотов, способов основной обработки почвы, сортосмены культур. Установлены закономерности изменения агрохимических свойств метрового профиля выщелоченного чернозема в
зависимости от временного фактора, совершенствования систем удобрений и физических приемов изменения плодородия почвы.
Выявлено влияние длительного применения средств мобилизации плодородия почвы на транслокацию тяжелых металлов в системе почва - удобрение - растение. Представленные в диссертации материалы рассматриваются как основа для разработки новых подходов в решении практических вопросов длительного полевого экспериментирования и обработки данных на основе современных статистических программ анализа экспериментальной информации.
На защиту выносятся следующие основные научные положения: - модификации стационара (оптимизация систем удобрений севооборота, введение новых культур и сортосмена) изменяют продуктивность зерно-пропашного севооборота;
динамика плодородия и миграция элементов питания в почве определяется степенью насыщенности севооборота питательными веществами, временным фактором, и, несущественно, способами основной обработки почвы;
последействие систем удобрений на продуктивность сельскохозяйственных культур в севообороте адекватно их прямому действию;
транслокация тяжелых металлов в системе почва - удобрение - растение соответствует естественному фону и не превышает ПДК;
биологизация системы удобрений в севообороте при незначительном применении минеральных удобрений в севообороте - путь приближения к естественному формированию плодородия почвы;
влагонакопительные и влагосберегающие функции почве придают способы обработки, не нарушающие ее естественного сложения и насыщенность севооборота органическими удобрениями (5-8 т/га);
экономическая и биоэнергетическая эффективность севооборота в зависимости от систем удобрений и способов основной обработки почвы адекватна и равноценна.
Практическая значимость работы. Производству рекомендованы оптимальные нормы удобрений под отдельные культуры и рациональная насыщенность севооборотов минеральными и органическими удобрениями. Определено оптимальное сочетание рациональных систем удобрений в севообороте с приемами размещения туков в обрабатываемом объеме почвы.
Предложена малозатратная биологизированная система удобрений в севообороте, основанная на эффективном использовании органических удобрений, локальном внесении минимальных доз минеральных удобрений. Рекомендован расчетно-балансовый метод определения норм удобрений, позволивший получить максимальную продуктивность 1 га севооборота (39,2-45,1 ц з.е.) и обеспечить уровень оправдываемости программирования урожайности 79-96%. Предложены уравнения прогноза урожайности сельскохозяйственных культур для умеренно влажной и зоны неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований апробированы в сельскохозяйственных предприятиях Ставропольского края и сопредельных территориях Центрального Предкавказья на площади 120-160 тыс. га со среднегодовым экономическим эффектом 2500-4200 руб. с 1 га.
Апробация работы и публикации. В основу диссертационной работы положены двадцатисемилетние исследования, проведенные на выщелоченном черноземе Центрального Предкавказья в стационаре Ставропольского ГАУ, при непосредственном участии автора в составе коллектива кафедры агрохимии.
Основные результаты исследований докладывались на ежегодных научных конференциях в Ставропольском государственном аграрном университете (1993-2005 гг.), международных конференциях в городах: Суздале (2000 г.), Ставрополе (1993, 1995, 1998-2006 гг.), Краснодаре (2001, 2005 гг.), Москве (2000, 2002, 2003 гг.), Пензе (2002, 2005 гг.), Ростове-на-Дону (2004 г.). Всего по изучаемой теме опубликовано 64 статей, материалы исследований легли в основу 6 учебных пособий с грифами УМО и МСХ РФ, рекоменда-
ций и монографии «Пути оптимизации систем удобрений в севооборотах Центрального Предкавказья». Частично выводы исследований изложены в «Лабораторном практикуме по агрохимии для агрономических специальностей» (гриф МСХ РФ).
На Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (г. Москва, 2002 г.) получен Золотой Диплом за научную работу «Биоло-гизация систем удобрения - путь гармонизации экологии в севообороте» по направлению «Достижения сельского хозяйства». На основании материалов диссертационной работы получено 4 авторских свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 459 страницах машинописного текста, содержит 63 таблицы, 19 рисунков и 55 приложений. Состоит из введения, восьми глав, краткого обобщения и выводов. Список литературы включает 600 научных работ, в том числе 20 - иностранных авторов.
В процессе выполнения работы автор получал консультации, советы и помощь ученых, которым выражает свою глубокую благодарность. За помощь в проведении исследований в полевых и стационарных условиях автор благодарен коллективу кафедры агрохимии, доцентам А.П. Чернову, А.И.
Подколзину, Ю.И. Гречишкиной, ст. преподавателям [П.И. Махукову|, В.И. Радченко, О.Ю. Лобанковой, доценту А.П. Куйдану, зав. кафедрой энтомологии профессору В.И. Демкину. Особую благодарность выражаю научному консультанту, доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.В. Агееву за его непосредственное участие в подготовке и становлении меня как ученого, а также в привитии основных идей той научной школы, которую он организовал.
Влияние систем удобрений и способов мобилизации плодородия на агрохимические свойства почвы
Уровень плодородия почв является определяющим фактором в получении высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур. Большая роль в создании почвенного плодородия принадлежит гумусу. В органическом веществе заключено 98% всего запаса азота почвы, 80% серы и 60% фосфора (Л.Н. Александрова, 1980; В.И. Михайлина, 1983; И.П. Бабьева, Г.Н. Зенова, 1989, А.И. Подколзин, 1997, 1998). Гумус является источником минеральных элементов для питания растений, улучшает физические и химические свойства почвы, определяет многие почвенные характеристики (плотность, структурный состав, влагоемкость, водопроницаемость, тепловые свойства). По агрохимическим показателям пахотные земли в России малопродуктивные, и свыше 45% пашни характеризуется низким содержанием гумуса (В.П. Зволинский, 1998). Значительную часть территории Ставропольского края занимают почвы с низким (45%) и очень низким (37%) содержанием гумуса (В.В. Агеев, А.И. Подколзин, 2001).
По данным многочисленных исследований, проведенных в разных регионах и природно-климатических зонах мира, установлено: земледельческое освоение территорий, за очень редким исключением, сопровождается снижением содержания запасов в почвах гумуса (И.Е. Тюрин, 1949; В.В. Егоров, 1978; R.R. Allmaras, S.C. Gupta, J.L. Pikul et all, 1979; В.В. Агеев, 1979; Р.Ф. Дюков, 1979; Ф.Т. Моргун, 1981; О.С. Орлов, 1981; Н.З. Милащенко, 1987; М.Т. Куприченков, Ю.В. Копейкин, 1988; В.В. Агеев, В.И. Демкин, 1991, 1992; А.И. Жуков, 1991; В.В. Агеев, А.П. Чернов, В.И. Демкин и др., 1995; В.Ф. Кульков, О.Ф. Курдюков, 1996; А.И. Подколзин, 1997; Б.М. Когут, 1998; В.В. Агеев, А.И. Подколзин, 2001).
Практика земледелия, результаты многих полевых опытов показывают, что длительное использование почв без восполнения запасов гумуса приводит со временем к снижению его содержания, следовательно, и к падению ее плодородия. Многие исследователи связывают данный процесс с интенсивной обработкой почвы, в результате происходит активная минерализация органического вещества почвы, возрастает непроизводительный расход гумуса, что отрицательно сказывается на формировании урожая сельскохозяйственных культур (М.М. Кононова, 1963, 1968; A.M. Гринченко, О.А. Чесняк, Г.Я. Чесняк, 1967; И.К. Шевцова, Д.М. Сизова, 1972; И.К. Шевцова, 1986; Б.П. Ахтырцев, 1979; И.И. Карманов, 1980; Д.С. Орлов, 1981; В.А. Ковда, 1983; Б.С. Носко, В.В. Медведев, А.А. Бацула, 1987; Б.С. Носко, 1989; И.Л. Черникова и др., 1987; П.М. Смирнов, Э.А. Муравин, 1984; А.С. Найденов, Б.А. Захаров, Л.И. Леплявченко, 1994; В.И. Кирюшин, 1996; Л.А. Барштейн, В.Н. Якименко, И.С. Шкаредный, 1997; А.И. Подколзин, 1997; В.Е. Аркуша, А.И. Буджерак, 1998; Ф.М. Богданов, Н.А. Середа, 1998; А.И. Стефеев, В.И. Лазарев, 2000; Н.И. Картамышев, 2002).
В целинных черноземах потери гумуса полностью восполняются поступлением органического вещества, образующегося в процессе фотосинтеза. По данным А.П. Щербакова, А.И. Рудай (1983) при сельскохозяйственном использовании чернозема обыкновенного за 33 года количество гумуса в верхнем горизонте почвы уменьшилось на 5,1-18,6 т/га, а на целине потери не обнаружились.
Уменьшение запасов гумуса вследствие усиления его минерализации и уменьшения поступления в почву органического вещества на различных типах почв ЮФО в последнее время вызывает большую тревогу (В.В. Егоров, 1986; М.П. Куприченков, Ю.В. Копёйкин, 1986; В.В. Агеев, А.П. Чернов, В.И. Демкин и др., 1995; В.В. Агеев, В.И. Демкин, П.И. Махуков и др., 1997; В.В. Агеев, А.Н. Есаулко, 2001; B.C. Цховребов, 2003).
О значительном влиянии уровня и длительности применения удобрений на содержание в почве гумуса, ее буферной способности, емкости поглощения, изменение физико-химических свойств отмечают З.И. Шконде (1960), М.М. Кононова (1963), Л.С. Любарская, Л.К. Шевцова (1965), Д.Н. Прянишников (1965), Н.С. Авдонин (1972), Н.А. Сапожников, А.С. Кащенко, А.И. Небельсин (1976), А.И. Симакин, И.М. Шапошникова, И.Н. Листопадов (1981), А.Ф. Стулин, А.П. Кузьмина," М.С. Савина (1982), В.И. Каргальцев (1988), В.В. Агеев, В.И. Демкин, П.И. Махуков и др., (1997), И.Б. Ильин (1997), В.В. Агеев, А.И. Подколзин, 2001.
Мониторинг агрохимического состояния почв Ставропольского края показал, что, в первую очередь, и очень резко, происходит снижение содер 26
жания перегноя в высокогумусированных почвах (Г.Г. Мамаева, 1998; В.В. Агеев, А.Н. Есаулко, 2001). Динамика содержания гумуса в почвах Ставропольского края свидетельствует о том, что в периоды 1963-1968 гг., 1988-1993гг. и 1993-1996 гг. его среднее содержание неуклонно снижалось с 3,41% - в 1 туре обследования до 3,00% - в 5 туре (А.И. Подколзин, 1997; В.В. Агеев, А.И. Подколзин, 2001). Данные 6-го тура агрохимического обследования показывают, что в большинстве исследованных районов произошло резкое снижение содержания гумуса.
В.А. Павленко, Н.М. Тишков, О.В. Енкина (1989) было установлено, что на выщелоченных черноземах Краснодарского края за 16 лет запасы органического вещества в почве по сравнению с исходными показателями существенно снизились как на не удобренном фоне (0,32-0,37%), так и в случае применения минеральных удобрений (0,17-0,33%).
Результаты последних трех туров полевого агрохимического обследования в Ростовской области показали, что, несмотря на тенденцию к ухудшению агрофизических и агрохимических свойств черноземных почв, их нынешнее состояние довольно стабильно. Количество площадей по классам обеспеченности гумусом за последние 10 лет не изменилось (И.А. Нагабедь-ян, П.А. Алексеенко, В.Д. Новороченко, 1999; И.А. Нагабедьян, В.Д. Новоро-ченко, О.Г. Назаренко, 2000). Более поздние исследования, проведенные в этом же регионе, показали, что баланс органического вещества складывается для преобладающего большинства площадей пашни неблагоприятно и может грозить тяжелыми последствиями в будущем. Причем, в последние годы, как явствует из исследований О.С. Безугловой, А.А. Курносова, В.И. Купич (2001), скорость дегумификации возросла.
Место проведения и схемы опытов
Стационар кафедры агрохимии расположен на сельскохозяйственной опытной станции Ставропольского государственного аграрного университета, представляет собой длительный опыт «Теоретические и технологические основы биогеохимических потоков веществ в агроландшафтах», зарегистрирован в реестре аттестатов длительных опытов Геосети ВНИИА Российской Федерации.
Рельеф стационара: макрорельеф - Ставропольская возвышенность, мезорельеф - северный пологий склон с крутизной около 7, микрорельеф -ровное место. Тип почвы: чернозем выщелоченный мощный малогумусный тяжелосуглинистый. Схема опыта: 4 х 4 х 8 и содержит 128 вариантов. Опыт трехфакторный, представлен следующими факторами:
А - системы удобрения в севообороте, В - способы основной обработки почвы, С - временной фактор. Варианты с изучаемыми согласно схеме опыта системами удобрений накладывались на варианты с различными способами основной обработки почвы: 1 - отвальный способ (обработка ПЛН-4-35 на глубину 20 - 22 см); 2 - безотвальный способ (КПГ-250 на 20-22 см); 3 - роторный способ (обработка фрезой «Роттерс» на глубину 20-22 см); 4 - поверхностная обработка БДТ-3 в два следа на глубину 10-12 см.
Расположение вариантов в повторениях - систематическое последовательное в два яруса с расщепленными делянками. Тип севооборота - зерно-пропашной со следующим чередованием культур: горохоовсяная смесь (занятой пар) - озимая пшеница - озимая пшеница (с 1994 г. - озимый ячмень), кукуруза на силос, озимая пшеница, горох, озимая пшеница, подсолнечник (с 1994 г. - озимый рапс; с 2000 г. - яровой рапс), развернут в пространстве и времени. Число полей в натуре - 24. Общая площадь делянки - 108 м2, учетная - 60 м . Повторность опыта трехкратная. Общая площадь стационара 6,4 га.
Агрохимическая характеристика почвы стационара до закладки опыта (0-20 см слой): рН водн. - 6,7; Нг- 2,7 мгэкв/100 г почвы; S - 42,1 мгэкв/100 г почвы; V - 95%; подвижные формы Р2О5 - 24, К20 - 260 мг/кг почвы.
В стационаре в течение двух ротаций севооборота (1978-1993 гг.) изучалось влияние систем удобрений и способов обработки почвы на агрохимические свойства почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур севооборота. По сравнению с контролем (без удобрений) изучались три системы удобрений: рекомендованная - разработана на основе краткосрочных опытов кафедры агрохимии СтГАУ и НИУ края с насыщенностью севооборота 60 кг/га NPK (в т.ч. 2 35 2,5) в сочетании с 2,5 т/га навоза и соотношением N:P:K = 1:1,56:0,12; балансовая - рассчитана на бездефицитный баланс элементов питания с двойной насыщенностью севооборота 120 кг/га NPK (в т.ч. N45P57,5Ki7,5) в сочетании с 5 т навоза и соотношением N:P:K = 1:1,28:0,39; расчетная - рассчитана на положительный баланс питательных веществ в севообороте с тройной насыщенностью севооборота туками и достижения программируемой урожайности сельскохозяйственных культур (горохоовсяная смесь -300 ц/га, озимая пшеница - 50 ц/га, озимая пшеница - 40 ц/га, кукуруза на силос - 400 ц/га, озимая пшеница - 43 ц/га, горох - 30 ц/га, озимая пшеница -50 ц/га, подсолнечник - 30 ц/га) - 180 кг/га NPK (в т.ч. 7 82,5 30) в сочетании с 7,5 т навоза и соотношением N:P:K = 1:1,23:0,45 (таблицы 2,3,4). В качестве удобрений применялись аммиачная селитра, мочевина, простой порошковидный и гранулированный суперфосфат, калий хлористый, полуперепревший навоз крупного рогатого скота.
Модификации в стационаре. Под урожай 1994 года стационар подвергнут реконструкции - на всей площади был произведен уравнительный посев ярового ячменя. В период с 1995 по 1999 гг. в стационаре по сравнению с контролем без удобрений изучали последействия систем удобрений на агрохимические свойства чернозема выщелоченного и урожайность сельскохозяйственных культур в связи со способами основной обработки почвы. За две ротации севооборота, согласно изучавшимся системам удобрения было внесено: N360P560K40 + 40 т/га; N720P920K280 + 80 т/га; N1080Pi32o К48о + 120 т/га. Этого, на наш взгляд, вполне достаточно для создания почвы с новыми агрохимическими свойствами и производительной способностью.
Последействие систем удобрений изучалось на фоне отвального, безотвального, роторного способов и поверхностной обработки почвы. Повторная озимая пшеница в севообороте была заменена на озимый ячмень, подсолнечник - на озимый рапс. Звено с техническими культурами получило гибкость, а возможные технические культуры хорошо сочетаются со складывающимися погодными условиями на момент сева. В опытах использовали районированные сорта сельскохозяйственных культур: озимая пшеница - Степная 7, озимый ячмень - Вавилон, кукуруза - Донская высокорослая, горох - Труженик, озимый рапс - Отрадненский, горох + овес - (Труженик + Кубанский).
С 1999 г. приступили к оптимизации систем удобрений в севообороте на основе данных, полученных в стационаре за 1978-1998 гг. При сохранении контроля (без удобрений) изучались следующие системы удобрений: рекомендованная система удобрений - синтезирована на основе материалов, полученных в рассматриваемом стационаре с насыщенностью севооборота NPK 115 кг/га в т.ч. N50P58.75K6.25 ПРИ соотношении N:P:K = 1:1,18:0,13 + 5 т/га навоза; биологизированная система удобрений - ориентирована на максимальное использование органических удобрений с насыщенностью севооборота NPK 62,5 кг/га, в т.ч. N42,sP2oKo при соотношении N:P:K = 1:0,47:0 + 8,2 т/га органических удобрений, в том числе 5 т/га навоз подстилочный; расчетная система удобрения - запланирована на получение максимально возможной урожайности сельскохозяйственных культур (горохоовсяная смесь -330 ц/га, озимая пшеница - 65 ц/га, озимый ячмень - 55 ц/га, кукуруза на силос - 550 ц/га, озимая пшеница - 55 ц/га, горох - 33 ц/га, озимая пшеница -60 ц/га, яровой рапс - 22 ц/га). Нормы, соотношения и дозы минеральных удобрений устанавливались по результатам текущих анализов и растительной диагностики в соответствии с уровнем программируемой урожайности на основе методики В.В. Агеева (1979) и ежегодно уточнялись. Средняя насыщенность 1га в период проведения исследований (2000-2004 гг.) составила - 167 кг/га NPK в т.ч. N8oP78K9 при соотношении N:P:K = 1:0,98:0,12 + 5 т/га навоза (таблицы 5, 6, 7).
Влияние временного фактора, систем удобрений и способов обработки почвы на формирование влагозапаса в севообороте
Процесс формирования запасов продуктивной влаги в почве перманентный, динамический и подчиняется закону сохранения вещества и энергии, а промачивание или иссушение метрового профиля в степных районах требует длительного времени. Нам представляется рациональным рассмотреть проблему в условиях нерегулируемого увлажнения почвы с точки зрения удовлетворения сельскохозяйственных культур продуктивной влагой в критические периоды и период максимального потребления в структуре стационара; с учетом влияния погодного, временного факторов, предложить способы, позволяющие регулировать процесс формирования продуктивного влагозапаса до наступления указанных выше периодов и динамики содержания влаги в онтогенезе ведущих конъюнктурных культур современного земледелия: озимые колосовые, подсолнечник, капустные.
На основании краткосрочных исследований, практики земледелия считается, что главными факторами формирования продуктивного влагозапаса перед посевом озимой пшеницы являются предшественники, способы обработки почвы, температурный режим окружающей среды и количество осадков, выпавших в предпосевной и после посевной период. Мы полагаем рассмотреть влияние агрохимических и агротехнических приемов и временного фактора на формирование продуктивного запаса в пахотном слое по ротациям севооборота в 27-летнем периоде, чтобы при обсуждении систем удобрений касаться только особенностей формирования влагозапаса, связанных с насыщенностью севооборота туками, структурой удобрений в системе и приемами размещения их в почве.
Предпосевной запас продуктивной влаги в первую ротацию севооборота формировался в условиях дефицита осадков (-20% от средней многолетней нормы). Такая пестрота распределения осадков в течение первой ротации севооборота свойственна южнорусскому земледелию и оценивается нами как «среднесухой погодный цикл». В предпосевной период (июль - сентябрь) выпало осадков 66-92% от средней многолетней нормы при пониженной, или соответствующей среднему многолетнему значению температуре окружающей среды (95-101%), что снизило интенсивность физического испарения влаги. Поэтому перед посевом озимой пшеницы на естественном фоне в слое почвы 0-20 см сформировался продуктивный влагозапас на нижнем пределе, обеспечивающем получение нормальных всходов растений (таблица 8, приложение 5). Оптимизация процесса формирования продуктивного влагозапаса способами обработки почвы в течение первой ротации севооборота позволяет однозначно утверждать - традиционные и нетрадиционные способы обработки, за исключением роторного способа, обеспечивали практически равный влагозапас в пахотном слое почвы перед посевом озимой пшеницы.
Вторая ротация севооборота сопровождалась выпадением атмосферных осадков в соответствии со средней многолетней нормой (98% к норме), что дало нам основание отнести этот погодный цикл к средневлажным. В допо-севной период в среднем за ротацию выпало 74-100% осадков от среднего многолетнего значения. Выпадение осадков сопровождалось температурой воздуха соответствующей средней (98-101%о) многолетней норме. Под влиянием факторов внешней среды перед посевом озимой пшеницы в среднем за вторую ротацию в пахотном слое продуктивный запас сформировался ниже, чем в первую ротацию. Все изучаемые в стационаре способы обработки по сравнению с первой ротацией севооборота несущественно (0,5-0,8 мм) снизили содержание продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см.
За ротацию севооборота к условной влагосберегающей технологии обработки почвы можно отнести безотвальный способ и поверхностную обработку почвы (+0,3-0,5 мм по сравнению с отвальной), но замеченные различия находятся в пределах ошибки наблюдения при HCPos = 2,48 мм. Продуктивный влагозапас перед посевом озимой пшеницы на вариантах с роторной обработкой был значительно ниже по сравнению с изучаемыми в опыте способами обработки (0,5-0,8 мм). Формирование в пахотном слое оптимального влагозапаса перед посевом озимой пшеницы в условиях повышенной температуры окружающей среды проблематично для получения всходов, что и наблюдалось в полевых условиях. Следовательно, погодные условия в анализируемый период (1978-1993гг.) не способствовали формированию оптимального продуктивного влагозапаса (30 мм) перед посевом озимых культур. К условно влагосберегающим технологиям обработки почвы в длительном временном ряду можно отнести способы обработки почвы, не обеспечивающие оборота пласта, независимо от глубины обработки.
