Содержание к диссертации
Введение
1. Экологические проблемы сельского хозяйства на южном Урале 13
1.1. Экологическое состояние земледелия в степной зоне Южного Урала ... 13
1.2 Программирование урожаев - основа экологически безопасных технологий в растениеводстве 20
2. Агроклиматические ресурсы степной зоны южного урала и их оценка 26
2.1. Почвенно-климатические условия 26
2.2. Биологические ресурсы и их использование 41
3. Условия и методика проведения опытов 47
3.1. Место и условия проведения опытов 47
3.2. Методика исследований 50
4 Биологоэкологические основы формирования высокопродуктивных агрофитоценозов 55
4.1. Особенности фотосинтетической деятельности различных кормовых культур в зависимости от экологических и агротехнических условий 55
4.1. 1. Общие положения 55
4.1.2. Влияние норм высева, расчетных доз удобрений и микроэлементов на фотосинтетическую деятельность растений в посевах 62
4.1.3. Оптимизация фотосинтетической деятельности агрофитоценозов в условиях орошения 79
4.2. Водопотребление растений 96
4.2.1. Общие положения 96
4.2.2. Особенности водопотребления кормовых культур в зависимости от условий выращивания 100
4.2.3. Влияние агротехнических приемов на водопотребление растений 104
4.3. Биохимические показатели в экологической системе почва-растение 108
4.3.1. Химический состав и питательность зеленой массы в связи с агроэкологическими условиями выращивания 108
Заключение 119
4.3.2. Влияние удобрений на содержание нитратов в растениях 120
4.3.3. Влияние различных кормовых растений на плодородие почвы 134
5. Количественное распространение растений на площади как фактор оптимизации кормовых культур 139
5.1. Общие положения 139
5.2. Смешанные посевы как экологически безопасный прием повышения урожайности 143
5.3. Влияние норм высева на фоне расчетных норм минеральных удобрений на продуктивность суданской травы и кукурузы 157
5.4. Продуктивность ярового рапса в зависимости от сроков посева и норм высева 174
5.5. Продуктивность амаранта в зависимости от норм высева и расчетных норм удобрений 187
6. Роль удобрений в формировании высокопродуктивных агрофитоценозов однолетних кормовых культур 196
6.1. Продуктивность однолетних кормовых культур на регули-руемых фонах питания 196
6.2. Влияение удобрений на содержание элементов питания в растениях 210
6.2.1. Динамика поступления азота, фосфора и калия в растения в зависимости от фона питания 210
6.2.2. Влияние микроэлементов на содержание азота, фосфора и калия в растениях 214
6.2.3. Содержание микроэлементов в растениях в зависимости от макро-и микроудобрений 220
6.3.. Хозяйственный баланс элементов питания в зависимости от расчетных норм удобрений 224
6.3.1. Коэффициенты использования питательных элементов (NPK) из почвы и удобрений 231
6.3.2. Особенности пищевого режима и хозяйственный баланс элементов питания под посевами кукурузы и суданской травы 235
Заключение 241
7. Эффективность лазерной обработки семян различных культур на южном урале 245
7.1. Влияние лазерной обработки семян различных культур на энергию прорастания и лабораторную всхожесть 250
7.2. Зависимость некоторых физиологических показателей проростков от режимов облучения 257
7.3. Рост, развитие и продуктивность суданской травы и кукурузы при различных режимах лазерной обработки семян 260
Заключение 272
8. Биоэнергетическая эффективность возделывания однолетних кормовых культур 274
Заключение 292
9. Экономическая оценка возделывания однолетних кормовых культур. 294
Основные выводы 306
Список литературы 317
Приложения 378
- Экологическое состояние земледелия в степной зоне Южного Урала
- Биологические ресурсы и их использование
- Влияние норм высева, расчетных доз удобрений и микроэлементов на фотосинтетическую деятельность растений в посевах
- Смешанные посевы как экологически безопасный прием повышения урожайности
Введение к работе
Актуальность. Проблема создания надежной кормовой базы в Оренбургской и других областях Южно-Уральского региона по прежнему не потеряла своей остроты. Не смотря на определенные положительные сдвиги, отмечавшиеся в этом направлении за последние годы, существенного изменения ситуации не произошло, а с начала 90-х годов она снова стала ухудшаться. Дефицит переваримого протеина достигает 20-25 %, ощущается недостаток в кормах сахара и каротина, что является сдерживающим фактором роста продуктивности животноводства.
В степной зоне Южного Урала - одном из крупнейших регионов страны - кормовые культуры занимают около 25% площади пашни. Корма получаемые с этой площади дают более 70% питательных веществ годового рациона. Дальнейшее повышение урожайности кормовых культур, возделываемых на пахотных землях, является актуальной народнохозяйственной задачей.
Естественные сенокосы и пастбища в степной зоне Южного Урала занимают более 36 млн. га, в том числе в Оренбургской, Челябинской и Курганской областях 7,4 млн. га. Но они пока не являются крупным поставщиком кормов, так как продуктивность их составляет .в среднем 2-5 ц/га, а улучшенных - 6,0-7,5 ц/га сухой массы (Повышение продуктивности этих земель отдельная огромная по масштабам задача).
Интенсификация полевого кормопроизводства должна базироваться на освоении зональных систем земледелия, новых высокоэффективных технологий, организации конвейерного производства кормов с включением новых культур, сортов и гибридов, использовании удобрений и гербицидов с учетом получения экологически чистой продукции.
Для повышения урожайности нужно шире использовать все имеющиеся
приемы, как уже апробированные, но недостаточно используемые, так и новые нетрадиционные факторы, позволяющие повысить интенсивность и продуктивность фотосинтеза: использование удобрений, орошения, новых высокопродуктивных культур и сортов, высокоурожайных многоукосных смесей кормовых культур, применение для повышения урожайности экологически чистых физических и других факторов.
В связи с этим актуальное значение приобретают исследования направленные на изучение биолого-экологических основ создания высокопродуктивных агрофитоценозов кормовых культур на пахотных богарных и орошаемых землях на основе программирования урожайности.
Важная роль при этом отводится однолетним кормовым культурам и их смесям, обладающим высокой потенциальной продуктивностью и разносторонним использованием продукции. Одним из резервов увеличения производства высококачественных кормов является выращивание кукурузы на силос и зерностержневую массу при уборке ее с початками восковой спелости зерна, из которых можно готовить высокоэнергетический корм. Особое внимание должно быть обращено на разработку агротехнических приемов повышения урожайности, улучшения кормового достоинства и снижения трудовых материальных и энергетических затрат, а так же установление контроля за качеством кормов и продуктов и т.д. Снижение отрицательного влияния сельскохозяйственных технологий на биоценозы - актуальная задача современного земледелия.
Цель и задачи исследований. Набор кормовых культур, сложившийся в последние годы и принятое их соотношение не способствовали созданию стабильной и надежной кормовой базы. Анализ состояния кормопроизводства, обобщение предшествующих опытов и литературных источников по данной проблеме, определили выбор цели и задач исследований.
Цель наших исследований заключалась в разработке научного обоснования совершенствования технологий возделывания однолетних кормовых культур и их смесей на основе программирования и других экологически чистых факторов, введение в производство новых высокобелковых и урожайных культур и разработка технологий, их выращивания, определение технологической энергоемкости и биоэнергетической эффективности возделывания.
В исследованиях решались следующие основные задачи:
Изучить биологические особенности набора однолетних кормовых культур в том числе новых для зоны - рапса и амаранта и разработать эффективные приемы повышения фотосинтетической деятельности посевов при использовании расчетных норм удобрений на планируемый урожай в условиях богары и орошения;
Определить оптимальные уровни внесения минеральных удобрений с учетом содержания питательных веществ в почве при расчете действительно возможных урожаев в зависимости от БКП;
Разработать агротехнические приемы повышения урожайности и улучшения качества кормовых культур (подбор компонентов в смесях, нормы высева, сроки посева и др.);
Установить оптимальные режимы предпосевной лазерной обработки семян различных кормовых культур;
5. Разработать модель высокопродуктивного агрофитоценоза
суданской травы, определить долю основных факторов в получении запла
нированных урожаев;
Дать оценку продуктивности гибридов кукурузы различных биотипов при выращивании на силос с початками восковой спелости зерна;
Провести экологическую оценку семипольного зернопаропропаш-ного севооборота при разных уровнях минерального питания культур по пищевому режиму, хозяйственному балансу элементов питания и
продуктивности;
8. Дать экономическую, зоотехническую, биоэнергетическую и экологическую оценку отдельных культур и приемов их возделывания.
Методика исследований. Поставленные задачи решались путем постановки лабораторных, полевых и производственных агрономических опытов, проведения химических анализов, производственной проверки и внедрения. Обработку экспериментальных материалов проводили методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов и другими методами математической статистики.
В процессе исследований изучались необходимые для разработки практических рекомендаций производству показатели: особенности роста и развития, водопотребление, химический состав кормов, фотосинтетическая деятельность посевов и эффективность использования солнечной радиации агрофитоценозами, отдельные агрохимические параметры почв, экономические и биоэнергетические показатели.
Научная новизна. В комплексных научных исследованиях дано теоретическое обоснование создания высокопродуктивных посевов однолетних кормовых культур на Южном Урале,впервые наиболее полно изучена сравнительная продуктивность однолетних кормовых культур и их смесей при использовании расчетных норм удобрений на планируемый урожай. Разработан режим предпосевной лазерной обработки семян различных кормовых культур. Исследовано влияние микроэлементов на фоне расчетных норм азотно-фосфорных удобрений на урожайность и химический состав кукурузы и суданской травы. Изучены биология и приемы возделывания рапса и амаранта (сроки, способы посева и нормы высева, уровни минерального питания, семенная продуктивность). Подобных исследований в условиях региона по существу не проводилось.
Изучены сравнительная продуктивность семипольного севооборота на различных фонах минерального питания культур, пищевой режим и
хозяйственный баланс элементов питания в почве, динамика нитратов в растениях.
Дана биоэнергетическая и экологическая оценка технологий возделывания кормовых культур с использованием расчетных норм удобрений на планируемый урожай.
Основные положения, выносимые на защиту: - теоретическое обоснование выбора соотношения компонентов в смесях, норм высева, расчетных норм удобрений, орошения и других агроприемов при создании высокопродуктивных агрофитоценозов на Южном Урале;
- вынос элементов питания урожаем и влияние кормовых культур на
плодородие почвы в зависимости от условий выращивания;
- влияние расчетных норм макроудобрений и микроэлементов на
продуктивность кормовых культур и качество урожая в условиях богары
и орошения;
продуктивность кормовых культур и качество урожая в зависимости от норм высева, соотношения компонентов в смесях, сроков посева и уборки, приемов ухода и др. факторов);
технология возделывания нетрадиционных высокобелковых кормовых культур рапса и амаранта;
эффективность лазерной активации семян кормовых культур и ее экологическая оценка;
экономическая и биоэнергетическая оценка однолетних кормовых культур.
Практическая ценность. Доказана высокая эффективность расчетных норм удобрений на получение действительно возможного урожая (ДВУ) кормовых культур, позволяющих увеличить выход кормовых единиц с гектара на 25-35%. Технология внесения расчетных норм удобрений на планируемый урожай в зернопаропропашном севообороте повышает на 4 0-
50% выход продукции с 1 га пашни за ротацию или до 32,9 ц/га кормовых единиц.
Предложенные производству и проверенные на практике приемы интенсификации использования поливных земель позволяют повысить их продуктивность до 110-119 ц/га кормопротеиновых единиц, а при использовании промежуточных культур - до 173 ц/га.
Разработаны технологии возделывания ярового рапса и амаранта, позволяющие получать соответственно 40,0 и 54,0 ц/га кормовых единиц, значительно опережая по этому показателю суданскую траву и практически не уступая кукурузе. По сбору переваримого протеина и обеспеченности им кормовой единицы рапс превосходит наиболее распространенные в зоне культуры - суданскую траву и кукурузу в 1,3-1,7 раза, а амарант - в 1,8-3,0 раза.
Предложен производству и апробирован режим предпосевной лазерной обработки семян, позволяющий на 6,0-10,0% увеличить выход кормовых единиц и на 15-25% сбор переваримого протеина с гектара.
Сравнительная оценка продуктивности однолетних кормовых культур при выращивании с использованием расчетных норм удобрений на планируемый урожай показала , что по сбору сухого вещества и кормовых единиц лучшими являются кукуруза, амарант, суданская трава, кормопротеиновых единиц - амарант, кукуруза, рапс, а по выходу переваримого протеина - амарант и рапс.
Применение разработаных технологий позволяет увеличить выход обменной энергии на 6,4-17,9 ГДж/га.
Реализация научных исследований. Научные разработки внедрены в хозяйствах степной зоны Южного Урала на площади около 1 млн. гектаров, в том числе при орошении на площади более 15 тыс. гектаров. Экономический эффект от внедрения результатов исследований в 1982-
1993 годах составил в среднем 50 млн. рублей в год в ценах 1992 года, что подтверждается соответствующими документами.
Результаты научных исследований автора были включены в следующие рекомендации (в соавторстве): Рекомендации по повышению эффективности использования орошаемых земель в Оренбургской области (Оренбург, 1983) ; Рекомендации по программированию урожаев сельскохозяйственных культур на орошении в условиях Оренбургской области (Оренбург, 1984); Рекомендации по агротехнике возделывания и использованию амаранта (Оренбург, 1994) .
Материалы научных разработок вошли в "Справочник агронома Оренбургской области" (Челябинск, 1989) и другие издания.
Апробация. Результаты исследований и положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях ученого Совета агрономического факультета Оренбургского ГАУ (1983-1993 годы), на научно-практических конференциях и координационных совещаниях: "Проблемы фотоэнергетики растений и повышение урожайности на основе физических факторов в аспекте экологических проблем", Львов, 1984, Балашиха, ВСХИЗО, 1989, Киров, 1989, Ташкент, 1990; "Итоги научных исследований и внедрения методов программирования урожайности" Москва, ТСХА, 1987, Балашиха, ВСХИЗО, 1990, Москва, ТСХА,1990; "Энергосберегающие экологически чистые системы кормопроизводства", координационное совещание по кормопроизводству ученых сельскохозяйственных вузов, Н-Новгород, 1991 г.; "Экологические проблемы интродукции растений на современном этапе: вопросы теории и практики" Международная научная конференция, Краснодар, 1993 год.
Опыты в учхозе Оренбургского ГАУ демонстрировались на выездном зональном совещании ВАСХНИЛ в 1990 и 1991 годах и получили одобрение.
Публикации в печати. Опубликовано более 50 научных статей, в том числе по теме диссертации 33. Имеются отчеты, депонированные во
ВНТИЦентре: №02860020015, №02 8 900 0552 8, №02 910 003 98 0, №02930003608, №02950000868, №02950001698.
Работа выполнялась в соответствии со Всесоюзной координационной программой ОЦ. 032. раздел ТІ К.03.04., а с 1990 года в соответствии с координационной программой 0.12.01.003. ТЦ-394), разделы Т1г. 02.03. и ТІ г. 06.01.
Публикация и объем работы. Опубликовано более 50 научных работ, в том числе по теме диссертации 33, имеются отчеты депонированные во ВНТИЦентре. Диссетрация изложена на 316 страницах машинописного текста и состоит из введения, девяти глав, основных выводов и предложений производству; в списке использованной литературы 630 источников, в том числе 30 на иностранных языках. В работе содержится 90 таблиц, 8 рисунков, в приложении 55 вспомогательных таблиц.
Экологическое состояние земледелия в степной зоне Южного Урала
Одна из глобальных проблем человечества на современном этапе -сохранение среды обитания. Естественные экосистемы сами по себе характеризуются замкнутым безотходным процессом - кругооборотом веществ и саморегуляцией. Самоочищение в них происходит благодаря деятельности живых компонентов экосистемы. Возможности живых существ не беспредельны и антропогенное воздействие на природу может превратиться в экологическую катастрофу. В настоящее время есть все основания утверждать, что живая природа, по выражению академика Н.Н. Моисеева, находится в состоянии "локальных стрессов" (Озер-нюк Н.Д., 1989, Каталог биосферы, 1991).
Основная опасность состоит в том, что глобальное загрязнение биосферы происходит параллельно промышленному или сельскохозяйственному развитию того или иного региона.
Повсеместно происходит крупномасштабное загрязнение внутри-континентальных вод стоками промышленных предприятий, дренажных и оросительных систем и других полей, что вызывает эвтрофикацию водоёмов (МинеевВ.Г., 1988, Басманов А.Е., Кузнецов А.В., 1990), существует серьезная опасность загрязнения биосферы продуктами ядерных взрывов через выпадение радиоактивных осадков (Анненков Б.Н., Юдинце-ва Е.В.,1991) .
Огромную опасность для окружающей среды представляют выбросы промышленных предприятий. По данным Яблокова А. (1989) в 1987 году выбросы двуокиси серы составили в бывшем СССР 91 кг на человека в год. Почти повсеместно отмечаются кислотные дожди. В 1988 году выбросы промышленных предприятий составили по стране 62 млн. т (Шатилов И.С, 1990), в серьезную проблему превратились выбросы автотранспорта.
В Уральском регионе, насыщенном металлургическими и нефтехимическими предприятиями проблема охраны окружающей среды стоит еще острее. По данным института статистики выбросы вредных веществ, отходящих от различных источников загрязнения в целом по Уральскому региону составили в 1991 году 37 млн. 340 тыс. т, из них 5 млн. 756 тыс. т без очистки. На долю Оренбургской области пришлось 2 млн. 681 тыс. т, из них 912 тыс. т в атмосферу в т.ч. 727 тыс. т без очистки (Экологический вестник, Оренбург, №1, 1993). Не смотря на принимаемые меры со стороны областного комитета по экологии существенного уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу не произошло (1988 год - 935 тыс. тонн (А. Куликов, 1990), 1991 год - 912 тыс. тонн). В водные объекты области ежегодно сбрасывается 1,2 млн. м3 загрязненых стоков без очистки и 4,5 млн. м3 выливается на рельеф. Результаты обследования крупнейших промзон Оренбургской области свидетельствуют об острокризисной экологической ситуации, сложившейся на их територии. Зоны загрязнения Орско-Новотроицкого, Гайского и Медногорского промузлов имеют полиэлементный состав. Ассоциации включают почти все элементы-загрязнители, обладающие ярко выраженным экотоксическим действием (медь, цинк, никель, кобальт, хром) , ванадий, кадмий и мышьяк фиксируются на отдельных локальных участках (Заключительный отчет по теме 31/4, 1994). На территории Кувандыкской техногенной провинции основным загрязнителем является фтор и его соединения (Отчет о загрязнении химическими элементами почв и растений Кувандыкской техногенной провинции, 1992). Наиболее опасный загрязнитель атмосферы, составляющий 50% газообразных выбросов - двуокись серы. Проникая внутрь листа этот газ вызывает изменение скорости фотосинтетических процессов, вследствие изменения проницаемости плазмалеммы клеток (Жунгиету Г.И., Жунгиету И.И.,1991 г., Барахтенова Л.А., Николаевский B.C., 1988). Стремление повысить урожайность сельскохозяйственных культур любой ценой привело к тому, что минеральные удобрения и пестициды стали вносить в количествах, превышающих экологически безопасную норму, без учета почвенных и других особенностей. Это вызвало целый ряд изменений в окружающей среде. Возникла проблема получения экологически чистых продуктов, порожденная широкомасштабной химизацией (Володарская Н.И. и др., 1975 , Моложанова Е.Г, 1980, Гуленко А., 1988, Быстраков Ю.А., Колосов А.В., 1988, Ремпе Е.Х. и др., 1988, Добровольский Г.В., 1989, 1990, Шатилов И.С, 1990, В.М. Федоров, 1990, Шевелуха B.C., 1991, Романенко Г.А., 1992). К числу наиболее опасных загрязнений почвы и причин ее деградации относится загрязнение тяжелыми металлами и остаточными количествами пестицидов (Орлов Ф.С., 1989 ). Процесс деградации почв не так виден глазу, но это неуклонный процесс разрушения всей биосферы, которая не может функционировать без почвенного покрова (Добровольский Г.В., 1989 ) . Почвенный покров нашей планеты образует "особую биогеохимическую оболочку", насыщенную живыми организмами и продуктами их метаболизма (Вернадский В.И., 1967). Важным компонентом ее является микрофлора. В экологическом плане микрофлора представляет собой часть наземной экосистемы. Активное участие микроорганизмов в аккумуляции энергии и трансформации биогенных элементов обеспечивает жизнедеятельность других звеньев биоценоза и функционирование экосистемы в целом (Круглов Ю.В., 1991, Мишустин Е.Н., 1975, Заварзин Г.А.,1970).
Пестициды и продукты их трансформации циркулируют в окружающей среде от нескольких недель до нескольких лет (Мельников Н.Н. и др., 1977). Систематическое ежегодное их применение приводит к исключительному по своим масштабам воздействию человека на природные процессы. Все без исключения пестициды при тщательной проверке обнаруживают либо мутагенное, либо иное отрицательное воздействие на живую природу и человека (Яблоков А., 1988). Они становятся в настоящее время постоянно действующим экологическим фактором в жизни почвенных микроорганизмов. Длительное их применение приводит к снижению биогенности почвы, ингибированию симбиотической азотфиксации (Круглов Ю.В., 1991, Михайлова Е.И., Круглов Ю.В., 1973).
Сравнительная оценка различных пестицидов свидетельствует об уменьшении ингибирующего действия на клубеньковые бактерии в ряду фунгицидым- инсектициды-»гербициды (Haraed, Salem, 1977, Hamdi, 1978, Круглов Ю.В., 1991), наиболее токсичны ртутьсодержашие фунгициды. Как правило, чем эффективней защищают фунгициды от возбудителей грибных заболеваний, тем токсичнее они для Rhizobium (Ти, 1982).
Биологические ресурсы и их использование
В Предуралье преобладают обыкновенные и южные черноземы преимущественно тяжелосуглинистого механического состава, сформировавшиеся на осадочных породах. Обыкновенные черноземы имеют 5-9% гумуса, мощность гумусового горизонта составляет 4 5-70 см. В южных черноземах содержание гумуса в пахотном слое колеблется в среднем в пределах 3-5%, при мощности гумусового горизонта 30-48 см. Черноземы характеризуются близким скоплением к поверхности карбонатов, способствующих в засушливые годы сильному распылению пахатного слоя и образованию корки после дождя. На крайнем юге и востоке Оренбургской области черноземы сменяются темно-каштановыми почвами в комплексе с солонцами. Накопление гумуса в них ограничено 2-4%, они характеризуются высокой карбонатностью, непрочной структурой, подверженностью в период засух ветровой эрозии. Территория Оренбургской области расположена в двух почвенных зонах - черноземной (более 80%) и каштановой. Черноземы типичные, выщелоченные, содержащие 8-9% гумуса и выше, составляют 11,4% от общей площади, черноземы обыкновенные - 32,1%, черноземы южные занимают 39,2% территории, темно-каштановые почвы -17,1% (Блохин Е.В., Климентьев А.И., 1989).
Правобережье реки Урал занято обыкновенными, левобережье - южными черноземами. Валовые запасы азота, фосфора и калия в этих почвах достаточно высокие, что свидетельствует об их потенциальном плодородии.
Бонитет пашни обыкновенных черноземов составляет 64-68 баллов, южных - 59-60 баллов, темно-каштановых почв - 50 баллов (Система ведения сельского хозяйства Оренбургской области, 1986). В степной зоне Челябинской области располагаются обыкновенные черноземы с глубиной гумусового горизонта 30-4 0 см. На юге они сменяются карбонатными и южными черноземами, где мощность гумусового горизонта еще меньше (не более 25 см) и содержанием гумуса 3-5%. Солонцовые почвы и их комплексы занимают около 1,1 млн га (Кушниренко Ю.Д., 1968).
В Курганской области наибольшие площади занимают выщелоченные черноземы - 4 8,3%, обыкновенные солонцеватые карбонатные черноземы составляют 24,0%, черноземы в комплексе с солонцами и солонцы -16,1% (Система ведения сельского хозяйства Курганской области, 1982).
Актюбинская область (степная зона) делится на засушливую степь с южными малогумусными черноземами и сухую степь с темно-каштановыми почвами. Мощность гумусового горизонта южных черноземов не превышает 60-70, а темно-каштановых - 30-60 см. Содержание гумуса составляет в пахатном слое соответственно 4-6 и 3-4%. (Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Актюбинской области, 1967).
В степной зоне Уральской области распространены каштановые почвы. Темно-каштановые почвы имеют мощность гумусового горизонта 4 5-55 см. Почвенно-поглощающий комплекс насыщен кальцием и магнием. Содержание валового азота составляет 0,1-0,2%, фосфора - 0,06-0,15%, и калия 1,0-1,5% (Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Уральской области, 1968). Общее представление о содержании подвижных форм основных питательных веществ в степной зоне Южного Урала может дать агрохимическая характеристика почв Оренбургской области (табл. 2.3. ). (Система ведения сельского хозяйства Оренбургской области, 1981).
Обеспеченность почв на этот период доступными формами фосфора на 57% пашни была низкой, на 36% - средней и на 7% высокой, азотом в основном средняя, калием - высокая и средняя (недостаток калия испытывают 11% пашни).
По состоянию на 1.01.89 года существенных изменений в группировке пашни по содержанию подвижного фосфора, в сравнении с предшествующими агрохимическими изысканиями не произошло. 4 5% обследованной площади пашни по прежнему ощущают острый дефицит фосфора, 42,9% имеют среднюю степень обеспеченности и только 12% площади пашни содержат этот элемент в достаточном количестве. Это свидетельствует о недостаточном количестве внесенных фосфорных удобрений и относительной устойчивости содержания фосфора в почвах области во времени, независимо от гидротермических условий и характера предшествующего использования почвы (Ряховский А.В., 1992).
Содержание обменного калия в почвах области на протяжении последних 25 лет особой тревоги не вызывает, средняя и высокая степень обеспеченности этим элементом отмечается соответственно на 34 и 5 6 % площади пашни. Почвы области ощущают дефицит в микроэлементах (Мо, В, Mn, Zn, Со) , в достаточном количестве содержится только медь, за исключением почв с супесчаным и песчаным механическим составом (Мишин П.Я., 1989).
При достаточном количестве осадков основная часть почв, кроме сильно смытых и дефлированных, способны обеспечивать за счет эффективного плодородия при условии 35% использования азота 25% фосфора и 15% калия высокие урожаи кормовых культур: сено однолетних и многолетних трав - 35-50 ц/га, зеленой массы кукурузы и подсолнечника 250-300 ц/га. Ограничивающим фактором является недостаток фосфора, а для подсолнечника и калия.
Вместе с тем необходимо обратить серьезное внимание на тот факт, что плодородие черноземов постепенно снижается, так как длительное время дозы вносимых органических и минеральных удобрений не восполняют выноса основных питательных веществ из почвы с урожаем. Особое беспокойство вызывает значительное снижение гумуса. Так при первом туре обследования черноземы типичные тучные содержали 10,3-12,5% гумуса, а при втором - 8,7-9,5%, черноземы обыкновенные - 6,6-7,4% и 4,5-5,7%, черноземы южные - 4,0-7,1 и 3,2-5,6% и темно-каштановые почвы 4,2-3,2%. Среднегодовое снижение запасов гумуса составило 0,05-0,08% от исходного уровня.
Влияние норм высева, расчетных доз удобрений и микроэлементов на фотосинтетическую деятельность растений в посевах
Краткий анализ научных источников показывает, что площадь листьев и фотосинтетический потенциал являются важнейшими показателями фотосинтетической деятельности агрофитоценозов. В каждых конкретных условиях у различных культур оптимальные величины этих показателей изменяются в большом диапазоне. Существенное влияние на величину площади листьев и ФП оказывают регулируемые фоны питания, поэтому установление оптимальной площади листьев в период ее максимального развития и фотосинтетического потенциала для каждой культуры и взаимосвязи этих показателей с урожаем в конкретных условиях выращивания имеет существенное теоретическое и практическое значение.
Основной показатель, характеризующий состояние посевов с точки зрения их фотосинтетической деятельности - поверхность листьев. Листьям принадлежит ведущая роль в процессе фотосинтеза, что определено филогенезом самого растения. Как отмечает Ю.К. Росс (1975) из всей поглощенной растительным покровом энергии на долю листьев приходится 80-90%, остальная часть поглощается стеблями и другими органами. Из суммарного фотосинтеза растительного покрова на долю листьев приходится 60-95%, остальная часть принадлежит стеблям, ветвям, колосьям и другим зеленым органам (Митрофанов Б.А. и др. 1969, Росс Ю.К., 1975, Шатилов И.С. и др. 1987).
У различных культур в зависимости от природно-климатических условий и уровеня агротехники площадь листьев, а следовательно, и фотосинтетический потенциал (ФП) изменяются в значительных пределах. Поэтому одной из важнейщих задач биологии и сельскохозяйственной науки является установление оптимальной площади листьев в период ее максимального развития и ФП для каждой культуры в конкретных условиях ее выращивания (Коломейченко В.В., 1983).
Во многих случаях причиной снижения фотосинтетической деятельности посевов является несовершенная структура посева, не обеспечивающая оптимальную густоту стеблестоя. И если агрофитоценозы суданской травы регулируют плотность стеблестоя за счет высокой способности к образованию боковых побегов из узла кущения, то на посевах кукурузы, не обладающих такой способностью, низкая густота стояния растений ведет к более значительному снижению урожая, так как увеличение массы 1 растения при этом не компенсирует недостаточное их количество на единице площади. Рапс и амарант обладают удовлетворительной способностью регулировать плотность посева за счет образования боковых побегов. Естественно, что при разных условиях минерального питания оптимальная густота стояния растений будет различной.
Проведенные опыты по изучению влияния различных норм высева при разных уровнях планируемой урожайности позволили определить роль оптимальной густоты стояния растений в формировании программируемых урожаев суданской травы и кукурузы.
На посевах суданской травы, выращиваемых с использованием расчетных норм удобрений на планируемый урожай динамика площади листовой поверхности подчиняется общей закономерности ее развития в онтогенезе. В фазу кущения площадь листьев достигала 13-21%, средине трубкования около 70% от максимума, который отмечался в фазу полного трубкования и начала выметывания. От максимальной площади листьев зависел фотосинтетический потенциал. Эта зависимость выражается коэффициентом корреляции R=0,9949±0,028 и описывается уравнением регрессии первого порядка У=0,064 + 0,032х±0,0086.
Колебания величины площади листовой поверхности, ФП и урожая абсолютно сухой фитомассы на вариантах без удобрений в зависимости от норм высева достигали соответственно 11,2; 8,6; 12,8%. Возрастающие расчетные нормы удобрений на планируемый урожай оказывали практически одинаковую относительную прибавку при всех нормах высева. Увеличение максимальной площади листьев по отношению к варианту без удобрения составляло 5,6-52,5, фотосинтетического потенциала - 4,3-4 4,0, урожая абсолютно сухой фитомассы - 3,0-32,7% в зависимости от уровня планируемой урожайности.
Величина фотосинтетического потенциала тесно коррелирует с нормами азотных и фосфорных удобрений. Коэффициент корреляции (R) зависимости размеров ФП от нормы азотных удобрений составил 0,990, от нормы фосфорных удобрений - 0,997. Эта зависимость описывается уравнениями регрессии первого порядка для азота: У=0,46+0,002х±0,013; для фосфора - У=0,48+0,003х±0,07.
Наилучшие условия для фотосинтетической деятельности посевов складывались при норме высева 2,5 млн. всхожих семян на 1 га на всех уровнях планируемой урожайности. Максимальное количество абсолютно сухой фитомассы и валовой энергии в урожае при КПД ФАР 0,93-0,95% обеспечивал вариант с планируемой урожайностью 250 ц/га зеленой массы (табл. 4.1.; 4.2.; приложение 6.).
Коэффициент корреляции между урожаем абсолютно сухой фитомассы и расчетной нормой азотных удобрений составляет 0,996 (уравнение регрессии - У=40,21 + 0,14х±0,61) . Зависимость урожая абсолютно сухой массы от нормы фосфорных удобрений также очень высокая и выражается коэффициентом корреляции 0,985.
Смешанные посевы как экологически безопасный прием повышения урожайности
Полученные нами в 1990-1992 годах данные по влиянию расчетных норм удобрений на урожайность зеленой и абсолютно сухой фитомассы подтверждают высокую отзывчивость амаранта на удобрения. В среднем за 1990-1992 годы варианты с планируемой урожайностью амаранта (300, 350, 400 ц/га зеленой массы) превосходили контроль соответственно на 87,111 и 136 ц/га или на 31,3, 39,9 и 48,9%. В лучшие по гидротермическим условиям годы абсолютная прибавка от удобрений w. возрастала. Аналогичная зависимость отмечалась и по урожаю абсолютно сухой массы. Оптимизация условий минерального питания на основе расчетных норм удобрений на планируемый урожай способствовала улучшению основных показателей фотосинтетической деятельности посевов. Максимальная площадь листьев возрастала на 12,5-19,1 тыс.м2/га (23,2-35,5%), фотосинтетический потенциал увеличивался на 22,9-35,2%, по сравнению с вариантом без удобрений и достигал 3,17-3,30 млн.м2 дн/ га (табл. 4.5.). Внесенные удобрения способствовали увеличению КПД ФАР за вегетацию амаранта в среднем за 1990-1992 годы с 1,38 на контроле до 1,68-1,82 % на опытных вариантах. Улучшение фотосинтетической деятельности посевов при внесении азотно-фосфорных удобрений, способствует значительному увеличению урожая зеленой и абсолютно сухой фитомассы амаранта и повышению продуктивности.
Наряду с азотом, фосфором и калием для минерального питания растений необходимы микроэлементы, которые, являются быстродействующим и наиболее эффективным средством стимулирования процессов адаптации у растений. Важное значение микроэлементов в жизнедеятельности растений обусловлено тем, что они входят в состав ферментов, витаминов и гормонов, регулирующих биохимические процессы, вступают в реакции с аминогруппами протеинов, нуклеиновыми кислотами (Г.И. Жунгиету, И.И. Жунгиету, 1991 и др.).
Важнейшими микроэлементами в почве являются медь, цинк, кобальт, бор, марганец, молибден.
Эффективность микроэлементов находится в зависимости от их содержания в почве, поэтому на разных типах почв прибавка урожая от тех или иных микроэлементов колеблется в значительных пределах (Я.В. Пейве, I960, П.А. Власюк, 1966, 1969, П.И. Анспок, 1975, СИ. Тома. 1973, В.М. Денисов. Т.М. Тагиева, 1983, Г.Н. Попов, Б.В. Егоров, 1987, О.Ш. Окшиев, 1987. В.М. Андреева и др., 1989).
Микроэлементы оказывают прямое и косвенное влияние на процессы фотосинтеза у растений. Так марганец входит в состав ферментов стимулирующих фотосинтез и концентрируется в основном в хлоропластах, молибден участвует в образовании .хлорофилла и аминокислот (Г.И. Жунгиету, И.И. Жунгиету, 1991, Рудакова Э.В. и др., 1987), цинк активизирует дыхание и синтез нуклеиновых кислот, регулирует через гормоны ростовые процессы (Удрис Г.А., Нейланд Я.А., 1981, Kannan S., Ramani S., 1982), медь входит в состав ферментов, активизирующих окислительно-восстановитеьные процессы (СИ. Лебедев, 1988) . Изменять интенсивность фотосинтеза могут также молибден, хром и вольфрам (Добролюбский O.K., Страхов В.Г., 1983).
Влияние микроэлементов на основные показатели фотосинтетической деятельности посевов однолетних кормовых культур в условиях степной Зоны Оренбуржья изучено недостаточно. К тому же проведенное обследование почв на содержание микроэлементов показывает, что дефицит цинка отмечается на всей территории области, большинство почв требует внесения марганца и молибдена, недостаток кобальта ощущается на южных черноземах области, на значительной части почв требуется медь (Андреева В.М. и др., 1989).
Внесение основных минеральных удобрений изменяет подвижность микроэлементов за счет РН и их действия на изменение поглощения микроэлементов в соответствии с явлениями синергизма и антагонизма. Например, внесение фосфора снижает поступление цинка и меди и иногда увеличивает поступление марганца (Б.А. Ягодин, 1989).
Наши исследования показали, что действие микроэлементов зависит от вида культуры, условий вегетации, особенно уровня увлажнения, норм макроудобрений.
Отмечается общая закономерность снижения эффективности микроэлементов при дефиците влаги в течение вегетации и увеличении нормы основного удобрения, как на посевах суданской травы, так и кукурузы. Вместе с тем снижение эффективности цинка и смеси микроэлементов в сухие годы на посевах суданской травы без внесения основного удобрения выражено слабее, чем у других микроэлементов. Наибольший эффект от применения цинка, меди и смеси микроэлементов на варианте без макроудобрений отмечался в 1990 и 1993 годах (ГТК 1,1-1,0). Существенный эффект от применения кобальта был получен только в 1990 году на варианте без макроудобрений. В среднем за 1989-1993 годы на посевах суданской травы без внесения основного удобрения внесение цинка и меди увеличивало фотосинтетический потенциал на 9,1%, марганца - на 6,8%, смеси микроэлементов - на 15,9%. Наименьшее влияние на величину ФП оказал кобальт (2,3%). Урожай абсолютно сухой фитомассы при внесении цинка возрастал на 11,2, меди - на 9,3, кобальта и марганца - на 7,3 и смеси микроэлементов - на 21,2%. При внесении возрастающих норм макроудобрений эффективность микроэлементов постепенно снижалась и незначительную прибавку урожая обеспечивало только внесение смеси микроэлементов (4,1%). КПД ФАР посевами суданской травы без внесения микроэлементов составил 0,71%, при их внесении 0,76-0,86%. Эффективность использования солнечной радиации при внесении микроэлементов возрастала на 7,0-21,1% (табл. 4.6.). Эффективность микроэлементов на посевах кукурузы в целом была ниже, так как 2 года из трех (1991 и 1992) были засушливыми.
