Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние изученности вопроса 7
1.1. Влияние многолетних бобовых трав на химические и физические свойства почвы 7
1.2. Значение органического вещества многолетних бобовых трав для последующих культур 15
1.3. Роль многолетних бобовых трав в повышении урожайности и качества продукции последующих культур 27
2. Условия и методика проведения исследований 34
2.1. Место и условия проведения опыта 34
2.2. Методика проведения исследований 36
3. Влияние козлятника восточного на агрофизические свойства почвы 40
3.1. Структурное состояние почвы 40
3.2. Плотность почвы 47
4. Условия для роста и развития сельскохозяйственных культур после распашки козлятника 49
4.1. Запас продуктивной влаги весной 49
4.2. Обеспеченность основными элементами питания 51
4.3. Биологическая активность почвы 53
4.4. Засоренность посевов 57
4.5. Влияние козлятника восточного на агрофизические свойства почвы под последующими культурам 61
4.5.1. Структурное состояние почвы 61
4.5.2. Плотность почвы 66
5. Рост, развитие и продуктивность зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур 69
5.1. Полевая всхожесть и сохранность растений 69
5.2. Фенологические наблюдения 71
5.3. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах 73
5.4. Формирование корневой системы 80
5.5. Урожайность и структура урожая зерновых культур 84
5.6. Продуктивность кормовых культур 98
5.7. Влияние козлятника восточного на качество зерна пшеницы 102
6. Энергетическая и экономическая эффективность 107
Выводы и предложения производству 118
Список используемой литературы 121
Приложения
- Влияние многолетних бобовых трав на химические и физические свойства почвы
- Место и условия проведения опыта
- Структурное состояние почвы
- Обеспеченность основными элементами питания
Введение к работе
Актуальность темы. Использование земли в сельском хозяйстве, как основного средства производства, неизбежно приводит к постепенному снижению уровня ее плодородия и, как следствие, к снижению урожайности и качества продукции всех сельскохозяйственных культур. Проблема плодородия почвенного покрова Среднего Поволжья не только продолжает оставаться крайне актуальной, но из года в год осложняется. Поэтому в современной экономической и экологической обстановке особая роль в повышении плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур принадлежит многолетним травам.
Многолетние бобовые травы являются важнейшим фактором биологизации земледелия. В условиях развивающихся рыночных отношений при высокой стоимости минеральных удобрений это наиболее доступное средство повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
В последние годы все большие площади сельскохозяйственных угодий занимаются ценной кормовой культурой козлятником восточным, который превосходно сочетает высокую продуктивность с отличными кормовыми достоинствами и устойчивым семеноводством, рационально использует агроклиматические условия зоны и повышает плодородие почвы, ценен как предшественник и медоносное растение.
В связи с этим особую актуальность приобретает изучение влияния козлятника восточного как предшественника на продуктивность сельскохозяйственных культур.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в комплексной оценке формирования продуктивности, зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур в зависимости от предшественников.
Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:
- изучить особенности формирования продуктивности зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур, выращиваемых по пласту козлятника восточного, обороту пласта, второму году последействия пласта и черному пару;
- выявить влияние предшественников на полевую всхожесть и сохранность растений, продолжительность фенологических фаз и вегетационного периода растений, на характер потребления и использования почвенных запасов влаги и обеспеченность основными элементами питания;
- выяснить влияние козлятника как предшественника на засоренность последующих культур;
- изучить влияние козлятника на изменение биологической активности почвы и агрофизические свойства чернозема выщелоченного;
- изучить фотосинтетическую деятельность агроценозов;
- дать энергетическую и экономическую оценку возделывания зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур по разным предшественникам.
Научная новизна. Впервые проведена комплексная агроэкологическая оценка козлятника восточного как предшественника для яровых зерновых, крупяных и кормовых культур и его влияния на урожайность и качество зерна. Получены новые экспериментальные данные по влиянию козлятника как предшественника на продукционный процесс растений, урожайность, кормовую и энергетическую ценность агроценозов зерновых, крупяных и кормовых культур.
Установлена положительная роль козлятника в улучшении агрофизических свойств чернозема выщелоченного.
Определена высокая энергетическая и экономическая эффективность возделывания зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур по козлятнику восточному.
Основные положения, выносимые на защиту:
- роль козлятника восточного как предшественника в повышении плодородия чернозема выщелоченного;
- особенности формирования высокопродуктивных агроценозов полевых культур по разным предшественникам; - энергетическая и экономическая оценка возделывания зерновых, зернобобовых, крупяных и кормовых культур.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
На основании проведенных исследований установлено, что по козлятнику восточному складываются благоприятные условия по влагообеспеченности и пищевому режиму почвы для последующих культур. В результате обеспечивается получение стабильных урожаев озимых культур 6,78-7,95, ранних яровых культур 3,54-4,95, зерновых бобовых - 2,45-2,79, крупяных - 1,32-4,19 т/га, кормовых 8,37-12,77 т/га сухого вещества и 6,23-11,59 т/га корм. ед.
Использование козлятника в качестве предшественника способствует повышению продуктивности пашни при одновременном сохранении плодородия почвы.
Материалы диссертации использовались при составлении рекомендаций по возделыванию кормовых культур, используются в учебном процессе Пензенской государственной сельскохозяйственной академии. Результаты исследований включены в монографию «Технология выращивания и использования редких и лекарственных растений».
Апробация работы. Результаты исследований и разработанные агро-приемы апробированы и внедрены в учебно-опытном хозяйстве Пензенской государственной сельскохозяйственной академии, а также в хозяйствах Пензенской области. Основные положения работы доложены на IV Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (Москва-Пущино, 2001); I Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека» (Москва, 2002); IV Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких с.-х. растений» (Ульяновск, 2002); Международной научно-практической конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства в изменяющихся экономических и экологических условиях в XXI веке» (Пенза, 2000); 42-й научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Пенза, 2002).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей.
Влияние многолетних бобовых трав на химические и физические свойства почвы
Возделывание козлятника восточного оказывает положительное влияние на гумусовое состояние почвы. При этом темпы накопления гумусовых соединений зависят от продолжительности его использования и количества поступающих растительных остатков.
В первые годы жизни козлятника восточного содержание гумуса в слое 0-25 см возрастает в среднем за год на 0,06%). Наиболее интенсивно рост гу-мусированности происходит на 4-5 год жизни (0,12-0,13%) в год). В дальнейшем процессы гумусонакопления замедляются и на 7-8 год жизни составляют 0,04-0,05% в год (Надежкин СМ., Кшникаткина А.Н., 2001, 1998).
По данным Е.Н. Кузина (1998) в результате семилетнего возделывания козлятника содержание гумуса увеличилось в пахотном горизонте чернозема выщелоченного при орошении на 0,39%, богаре - на 0,56% ; в подпахотном -соответственно на 0,21 и 0,26%).
В.Б. Беляк (1977, 1996) отмечает, что на 10-й год пользования под травостоем козлятника содержание гумуса в темно-каштановой почве при орошении повысилось на 0,12%, на 3-й год возделывания в черноземе выщелоченном (на богаре) - на 0,08% . В исследованиях Ф.Н. Сафиоллина (1999) под травостоем козлятника в смеси с клевером луговым за 5 лет содержание гумуса при орошении в аллювиально-луговой почве увеличилось на 0,2% , на богаре в серой лесной почве - на 0,32%).
Козлятник восточный способствует не только накоплению гумуса, но и изменению его группового и фракционного составов. При увеличении продолжительности возделывания количество гуминовых кислот возрастает с 40,4 до 44,4% к общему углероду почвы. При этом глубина гумификации, выражаемая отношением СГк:СФК, увеличивается с 1,70 до 1,91 (Надежкин СМ., Кшникаткина А.Н., 2001, 1998; Кшникаткина А.Н., Еськин В.Н., Варламов В.А., 2000). Кроме того, содержание гуматов кальция возрастает с 23,4 до 29,2% от общего количества выделенных соединений органического углерода. Наряду с этим снижается доля свободных гуминовых кислот с 7,2 до 5,5%, количество фульвокислот уменьшается в 1,4 раза (Надежкин СМ., Кшникаткина А.Н., 1998), что свидетельствует об улучшении качественного состава гумуса.
Козлятник оказывает в большой степени влияние на режим легкоразла-гаемого органического вещества (ЛОВ). При увеличении продолжительности жизни с 1-го до 8-го года количество Слов возрастает с 6,1 до 12,8 т/га, aNnoB - с 264 до 934 кг/га. При этом по мере увеличения срока использования отмечается существенное уменьшение отношения C.N в составе ЛОВ (Надежкин СМ., 2001).
Козлятник восточный благодаря хорошо развитой корневищно-стержневой корневой системе способен усваивать из глубоких горизонтов почвы минеральные элементы из труднодоступных соединений и переводить их в усвояемую для растений форму. Так, за 10 лет жизни козлятника корневой системой было доставлено в пахотный слой 880 кг/га СаО и 300 кг/га MgO. Биогенное накопление кальция и магния в пожнивных и корневых остатках козлятника восточного оказывает положительное влияние на кислотно-основные свойства почвы. Сумма поглощенных оснований повысилась в пахотном и подпахотном слоях почвы соответственно на 4,2 и 3,1 мг-экв/100 г почвы (Кшникаткина А.Н., 2001, Надежкин СМ., Кшникаткина А.Н., 2001).
В опытах Е.Н.Кузина, Г.Е. Гришина, Ю.А. Ильвачева (1998) за семь лет сумма поглощенных оснований увеличилась в богарных условиях в пахотном горизонте на 6,0 мг-экв/100 г почвы, в подпахотном - на 3,4 мг-экв/100 г поч 9 вы, при орошении - соответственно на 4,2 и 3,9 мг-экв/100 г почвы. Емкость поглощения возросла при орошении в пахотном горизонте с 40,4 до 44,0 мг-экв/100 г почвы (на 8,9%), в подпахотном - 36,9 до 40,3 мг-экв/100 г почвы (на 9,2%), в богарных условиях - соответственно на 14,5 и 10,5%.
Ряд исследователей отмечают, что козлятник восточный как биологический мелиорант снижает почвенную кислотность. В лесостепи Среднего Поволжья по данным А.Н. Кшникаткиной (2001) за 10 лет возделывания величина обменной кислотности повысилась в пахотном горизонте на 0,80, подпахотном на 0,65, гидролитическая кислотность снизилась - соответственно на 0,90 и 0,84 мг-экв/100 г почвы. На седьмом году пользования величина обменной кислотности увеличилась в пахотном горизонте с 5,1 до 5,8, подпахотном с 5,4 до 6,2, т.е. почва вместо слабокислой стала иметь реакцию близкую к нейтральной (Кузин Е.Н., Гришин Г.Е., Ильвачев Ю.А., 1998).
Место и условия проведения опыта
Экспериментальная часть работы по изучению влияния козлятника восточного как предшественника на продуктивность сельскохозяйственных культур проводилась в учебно-опытном хозяйстве Пензенской ГСХА на опытном поле кафедры кормления сельскохозяйственных животных и кормопроизводства. Учебно-опытное хозяйство академии расположено в Вадин-ско-Мокшанской агропочвенной зоне в 12 км к западу от города Пензы.
Климат - умеренно континентальный, характеризуется значительными колебаниями температуры, относительной влажности воздуха и неравномерностью распределения осадков, как в течение года, так и по годам. За год выпадает 450-500 мм осадков, из них за период вегетации (май-сентябрь) - 250-280 мм. Сумма положительных температур выше 10С составляет 2200-2400С. Гидротермический коэффициент (ГТК) - 1,1-1,0. Период активной вегетации растений -136-142 дня, безморозный период- 125-138 дней. Заморозки в воздухе в основном заканчиваются во второй декаде мая, но в отдельные годы возможны и в первой декаде июня. Первый заморозок в воздухе осенью - в первой декаде сентября.
2000-й год характеризовался избытком влаги и недостатком тепла в мае и июне, что способствовало накоплению большой вегетативной массы у сельскохозяйственных культур. В этом году в июне и июле выпало повышенное количество остатков - соответственно 116,0 и 78,9 мм или 232,5 и 127,7% от нормы. При этом среднемесячная температура в мае и июне была ниже среднемноголетней соответственно на 3,5 и 1,3С (рис. 1).
В 2001 году в мае и июне количество выпавших осадков составило 134,3 и 164,9% от среднемноголетних значений. В июле их количество составило лишь 32,4 мм или 52,4% от нормы. Среднемесячная температура в мае и июне была ниже нормы на 1,8 и 3,3С, тогда как в июле она была выше на 2,2С.
В 2002 году в мае выпало 47,5 мм осадков, что составило 109,4%) от нормы, в июне - 66,8 мм или 133,9% от среднемноголетних значений. При этом среднемесячная температура была ниже нормы на 2,8 и 2,0С. Июль был жарким и засушливым - количество осадков составило лишь 6,6% от среднемноголетних значений, а среднемесячная температура была выше нормы на 3,3С.
Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднемощный, среднегумусный, тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 6,35%, подвижного фосфора - 10,2 и обменного калия - 12,3 мг/100 г почвы (по Чирикову), рНксі - 5,6, степень насыщенности основаниями - 80,8-82,3%.
Экспериментальная часть работы проводилась в 2000-2002 гг. в учебно-опытном хозяйстве Пензенской ГСХА. Решение поставленных задач проводилось в двухфакторном полевом опыте.
Схема опыта: Фактор А. Предшественники: 1-й - пласт козлятника восточного 10-го года пользования, 2-й - оборот пласта козлятника, 3-й - второй год последействия пласта, 4-й - черный пар. Фактор В. Набор культур: ячмень, сорт Харьковский 99, яровая мягкая пшеница Л-503, твердая Омский рубин, овес Горизонт, просо Колоритное 15, гречиха Аромат, горох Труженик, озимая пшеница Безенчукская 139, озимая тритикале Тальва 100, озимая рожь Безенчукская 87, вико-овес (Льговская 22 + Горизонт) на зеленую массу, суданская трава Лунинская на зеленую массу, кукуруза гибрид Краснодарский 200 СВ на зеленую массу, подсолнечник Фотон на зеленую массу.
Агротехника в опыте. После проведения первого укоса козлятника восточного 10-го года пользования поле два раза дисковали бороной БДТ-3 на глубину 6-8 и 8-Ю см, а через одну-две недели в период начала отрастания козлятника при физической спелости почвы проводили вспашку плугом ПЛН-4-35 с предплужниками на глубину 27-30 см. Предплужники устанавливали на большую глубину (12-14 см), чтобы дернина хорошо заделывалась рыхлой почвой. Во избежания сильного иссушения почвы и с целью выравнивания сразу после вспашки дисковали бороной БДТ-3 под небольшим углом атаки, чтобы исключить вынос дернины на поверхность. В летний период проводились 2-3 культивации.
Под черный пар проводилась зяблевая вспашка на глубину 27-30 см, в летний период проводились послойные культивации.
Зяблевая обработка почвы под оборот пласта и второй год последействия пласта включала лущение вслед за уборкой на 6-8 см и вспашку на 25-27 см.
Последующие агротехнические приемы технологии возделывания были общепринятыми для региона.
Норма высева яровой мягкой, твердой пшеницы и озимых зерновых культур - 5,5 млн. всхожих семян на 1 га, ячменя, овса - 5,0 млн./га, проса -3,5 млн./га, гречихи - 4,0 млн./га, гороха - 1,4 млн./га, вико-овса на зеленую массу - 3,0+2,0 млн./га, суданской травы на зеленую массу - 3,5 млн./га, кукурузы на зеленую массу - 100 тыс/га, подсолнечника на зеленую массу - 90 тыс/га.
В 2000 году посев ранних яровых зерновых культур, гороха и вико-овса проводили 3 мая, гречихи и подсолнечника - 6 мая, проса, кукурузы, суданской травы - 12 мая. В 2001 году посев ранних яровых зерновых культур проводили 28 апреля, гречихи и подсолнечника - 7 мая, проса, кукурузы, суданской травы - 14 мая, в 2002 году - соответственно 2, 7 и 13 мая.
Структурное состояние почвы
Проблема воспроизводства плодородия почвы должна рассматриваться как одна из актуальных проблем земледелия.
Структура почвы - важный показатель физического состояния плодородной почвы. Классики русской агрономической науки А.В. Советов (1867, 1879), В.В. Докучаев (1883), А.А. Измаильский (1893), П.А. Костычев (1898, 1940, 1951) придавали большое значение структуре почвы, как фактору плодородия и повышения урожая.
Академик В.Р. Вильяме (1951) писал, что только в структурных почвах можно обеспечить растение одновременно влагой и воздухом, только в таком случае они не являются антагонистами; только в структурных почвах можно обеспечить нормальный питательный режим в почве; только на структурных почвах можно бороться с влиянием крайностей погоды.
Н.А. Качинский (1963, 1965) утверждал, что структурная почва всегда характеризуется более благоприятными для сельскохозяйственных культур показателями, нежели бесструктурная или малоструктурная.
Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на следующие свойства, а также режимы почв: физические свойства - пористость, плотность сложения; водный, воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы; физико-механические свойства - связность, удельное сопротивление при обработке, коркообразование; противоэрозионную устойчивость почв.
Основная роль в структурообразовании принадлежит биологическим факторам. Наиболее сильное оструктуривающее влияние на почву оказывают многолетние травы, из которых наибольшая роль в образовании водопрочных агрегатов, наиболее ценных с агрономической точки зрения, принадлежит бобовым травам. Они, обладая глубоко уходящей в почву корневой системой, переносят питательные вещества из глубоких слоев в поверхностные, обогащая их органическим веществом и минеральными элементами, прежде всего кальцием и магнием, которые имеют большое значение в создании водопрочной структуры.
Процесс образования структуры под действием многолетних трав состоит из двух этапов: разделения корневой системой почвы на структурные отдельности и агрегатирования их продуктами разложения (гумусовыми веществами) корневых выделений и пожнивно-корневых остатков. Непосредственную работу по созданию прочной структуры осуществляют корни, поэтому, чем мощнее развиты корни многолетних трав, тем совершеннее происходит разделение почвы на структурные агрегаты, тем больше она обогащается органическим веществом.
Из многолетних бобовых трав ведущая роль в обогащении почвы органическим веществом принадлежит козлятнику восточному, который накапливает наибольшее количество пожнивно-корневых остатков - до 15-23 т/га в зависимости от продолжительности пользования (Вавилов П.П., Кондратьев А.А., 1975; Беляк В.Б., 1996; Шайтанов О.Л., 1998; Надежкин СМ., Кшникаткина А.Н., 1999, 2001; Вечер Н.Н., 2000; Денисов Е.П., Панасов М.Н., Пищин А.Н.,2000; Пищин А.Н., 2000, 2001; Тазина Н.Г., 2000; Кшникаткина А.Н., 2001; Логуа В.В., Баранова В.В., 2001; Парахин Н.В., Петрова С.Н., 2001; Петрова С.Н., 2001).
Козлятник восточный, отличающийся, наряду с накоплением большого запаса органической массы, продолжительным продуктивным долголетием (10-15 лет), оказывает значительное влияние на структурообразовательный процесс. Проведенные нами исследования показали, что структурное состояние чернозема выщелоченного под посевом козлятника определяется его возрастом, что связано с поступлением в почву органического вещества. С увеличением продолжительности жизни травостоя возрастает его влияние на структуру почвы. Наибольшее положительное воздействие козлятник оказывает на 10-м году пользования.
С возрастом травостоя увеличивается содержание агрономически ценных агрегатов размером 0,25-10 мм (по сравнению с почвой под яровой пшеницей, возделываемой по черному пару): на 10-м году пользования в пахотном слое на 7,9%, в подпахотном слое - 11,3%; на 8-м году - соответственно 7,6 и 9,6%; на 6-м году - 7,4 и 9,1%; на 4- м году - 6,2 и 7,3%. Коэффициент структурности при этом увеличивается в пахотном слое с 3,93 до 7,06, в подпахотном - с 3,63 до 8,71 (табл. 1).
Наибольшее влияние козлятник оказывает на структурное состояние подпахотного слоя, так как по сравнению с более часто возделываемыми злаковыми культурами имеет стержневую корнеотпрысковую корневую систему. Хорошо развитые корни козлятника восточного, проникая на большую глубину, по сравнению с зерновыми культурами, охватывают значительно больший объем почвы подпахотного слоя, разрыхляют его и обогащают органическим веществом.
Обеспеченность основными элементами питания
Величина урожая возделываемых культур находится в тесной связи с наличием в почве питательных веществ в доступной форме.
Содержание основных элементов питания в пахотном слое почвы по пласту и обороту пласта козлятника восточного 10-го года пользования было значительно выше, чем по черному пару. Так, в период всходов по пласту козлятника содержание легкогидролизуемого азота в среднем за 2000-2002 гг., по сравнению с черным паром, было выше на 16,3%), подвижного фосфора - на 14,8%), обменного калия - на 13,8%). По обороту пласта количество легкогидролизуемого азота было выше на 10,0% , подвижного фосфора - на 9,0%, обменного калия - на 8,6% больше, на второй год последействия пласта их было меньше соответственно на 6,1, 5,7, 6,6%, чем по черному пару (табл. 5).
В фазу выхода в трубку содержание легкогидролизуемого азота возрастало по пласту и обороту пласта, тогда как по черному пару оно снижалось. В эту фазу увеличивался разрыв в обеспеченности основными элементами питания по пласту и, в меньшей мере, по обороту пласта по сравнению с черным паром. Увеличение содержания элементов питания по пласту и обороту пласта происходило в результате минерализации органического вещества пожнивно-корневых остатков козлятника восточного.
В фазу выхода в трубку по пласту козлятника количество основных элементов питания было выше, чем по черному пару: легкогидролизуемого азота - на 23,1%, подвижного фосфора - на 19,7%, обменного калия - на 18,8%. По обороту пласта в данную фазу их содержание по сравнению с черным паром было выше соответственно на 15,7, 12,7% и 11,6%, но меньше чем по пласту, соответственно на 6,35, 5,47, 6,18%.
На второй год последействия пласта козлятника дефицит элементов питания, по сравнению с черным паром, в фазу выхода в трубку сокращался. В данную фазу развития зерновых культур содержание основных элементов питания на второй год последействия пласта было ниже, чем по черному пару: легкогидролизуемого азота - на 4,2%, подвижного фосфора - на 4,5%, обменного калия - на 5,4%.
Высокая биологическая активность почвы способствует росту урожайности сельскохозяйственных культур, так как почвенная биота принимает непосредственное участие в процессах формирования почвенного плодородия.
Возделывание многолетних бобовых трав активизирует микробиологические процессы в почве. Положительное действие трав на плодородие почвы в значительной степени обусловлено активизацией деятельности полезных микроорганизмов.
Многие исследователи отмечают, что многолетние бобовые травы способствуют повышению биологической активности почвы под посевом последующих культур (Миненко А.К., 1982; Минаева Г.М., 1985; Войнова-Райкова Ж. и др., 1986; Казанцева О.В., Михайличенко М.В., 1986; Паринкина О.М., Клюева Н.В., Петрова Л.Г., 1993; Тимергалиев И.Ф., Глотова В.А., 1997; Таланов И.П., 1999, 2001; Ваулин А.В., Никулина Л.В.,2001; Захаров А.И., 2002).
