Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние производства зернофуражных культур, перспективы роста урожайности и валовых сборов зерна 15
2. Агроклиматические ресурсы степной зоны Южного Урала и их оценка 25
2.1. Почвенно-климатические ресурсы зоны 25
2.2. Биологические ресурсы и их использование 31
3. Условия, методика и схемы опытов 38
4. Закономерности роста, развития, формирования величины и качества урожая ячменя и овса в условиях степи Южного Урала 44
4.1. Рост и развитие ячменя и овса 44
4.2. Этапы органогенеза 59
4.3. Фотосинтетическая деятельность ячменя и овса в посевах 65
4.3.1. Общие положения 65
4.3.2. Оптимизация фотосинтетической деятельности растений в зависимости от агротехнических приемов возделывания 73
4.4. Биохимическая и кормовая характеристика ячменя и овса 105
5. Влияние предшественников на урожай и качество зерна ячменя и овса ... 132
5.1. Место ячменя и овса в севообороте 132
5.2. Водный баланс посевов по различным предшественникам 137
5.3. Пищевой режим и динамика питательных веществ в почве 141
5.4. Формирование стеблестоя 153
5.5. Урожай ячменя и овса по различным предшественникам 162
5.6. Химический состав и технологические качества зерна 165
5.7. Мониторинг плодородия почвы и продуктивность севооборота 168
5.8. Продуктивность зерновых фуражных культур в зернопаропропашном севообороте 178
6. Обоснование сроков посева ячменя и овса 183
6.1. Состояние вопроса 183
6.2. Экологические условия различных сроков посева 191
6.2.1. Температурный режим 191
6.2.2. Влагообеспеченность 201
6.2.3. Пищевой режим 207
6.2.4. Биотические факторы и их влияние на формирование урожая ячменя и овса 215
6.3. Формирование стеблестоя 223
6.3.1. Полевая всхожесть, густота стояния, выживаемость растений...223
6.3.2. Особенности формирования генеративных органов ячменя и овса различных сроков посева 227
6.3.3. Формирование корневой системы 229
6.4. Урожайность зерна 232
6.5. Подзимние посевы ячменя и овса 235
6.6. Комплексное влияние способов обработки почвы, сроков посева и видов удобрений на урожайность и качество зерна ячменя и овса. 240
7. Закономерности формирования урожая и его структуры в зависимости от площади питания и пространственного размещения растений 248
7.1. Методы подхода к установлению оптимальной нормы высева 248
7.2. Формирование стеблестоя в зависимости от способов посева и норм высева 257
7.3. Водопотребление 271
7.4. Урожайность, структура и качество зерна в зависимости от способов посева и норм высева 274
8. Минеральное питание ячменя и овса 281
8.1. Постановка вопроса 281
8.2. Эффективность минеральных удобрений в зависимости от способов, доз и сроков внесения 282
8.2.1. Припосевное фосфорное удобрение 289
8.2.2. Припосевное азотно-фосфорно-калийное удобрение 297
8.2.3. Вынос элементов минерального питания с урожаем 306
8.2.4. Развитие корневой системы 309
8.3. Структура урожая 311
8.4. Основное удобрение под ячмень и овес 313
8.5. Качество зерна ячменя и овса 322
8.6. Планирование (прогнозирование) урожаев ячменя и овса 326
8.6.1. Обоснование метода 327
8.6.2. Результаты использования метода прогнозирования урожайности 329
8.6.3. Микроудобрения под ячмень и овес 340
9. Экономическая и энергетическая оценки возделывания зерновых фуражных культур 348
9.1. Экономическая оценка возделывания культур 348
9.2. Энергетическая оценка возделывания культур 355
Основные выводы 366
Предложения производству 375
Список литературы 377
Приложения 433
- Биологические ресурсы и их использование
- Оптимизация фотосинтетической деятельности растений в зависимости от агротехнических приемов возделывания
- Мониторинг плодородия почвы и продуктивность севооборота
- Эффективность минеральных удобрений в зависимости от способов, доз и сроков внесения
Введение к работе
Главной задачей в сельском хозяйстве России остается увеличение производства продовольственного и фуражного зерна и повышение его качества.
Оренбургская область наряду с областями Среднего Поволжья, Алтайским краем, Кубанью является одним из основных регионов, где производится товарное зерно с высокими показателями химического состава и технологических качеств.
Из 3,2 млн. га посевной площади Оренбургской области на долю ячменя и овса приходится около 800 тыс. га, из которых 670-680 тыс. га занимает ячмень и 120-130 тыс. га пашни отводится под овес.
За годы реформ общая площадь посева ячменя и овса сократилась на 280-350 тыс. га, что связано с уменьшением потребности в кормовом зерне и конъюнктурой рынка, сделавшим упор на продовольственное зерно пшеницы.
Анализ урожайности зерновых культур в зоне степи Южного Урала пока
зывает, что на первом месте стоят озимые (рожь и пшеница), на втором месте -
зернофуражные (ячмень и овес). Яровая пшеница во всех природно-
климатических зонах Оренбуржья уступает по урожайности двум предыдущим
группам. г
Урожайность зерна ячменя и овса в производственных условиях хозяйств остается низкой, хотя потенциальные возможности культур весьма высоки. Экстенсивный путь ведения зернового хозяйства не может обеспечить повышения урожайности и увеличения валовых сборов зерна, поэтому формирование высоких и устойчивых урожаев зерна ячменя и овса в степи Южного Урала может быть достигнуто только за счет оптимизации продукционного процесса, включающего максимальное использование природно-климатических и антропогенных факторов - лучших предшественников, оптимальных сроков, способов посева и норм высева, определенной системы припосевного и основного
удобрения, использования высокопродуктивных сортов и системы мер по уходу за посевами.
Для выполнения задачи по устойчивому производству и повышению качества зерна в России, Российской Академией сельскохозяйственных наук разработана целевая программа «Зерно». Основная задача Программы - создать благоприятные условия для эффективного производства зерна, развития зернового рынка и на этой основе обеспечить в полном объеме внутренние потребности страны в продовольственном и фуражном зерне, а также выход на внешний рынок с конкурентоспособной зерновой продукцией. Для достижения этой цели в Программе предусмотрено поэтапное улучшение существующих и освоение новых высокоинтенсивных современных производственных систем с одновременной реализацией мер по формированию рынка зерна, созданию его инфраструктуры, совершенствованию соответствующей законодательной базы по дальнейшему реформированию сельскохозяйственного производства.
С переходом зернового хозяйства страны на рыночные отношения значительно повышается роль рационального использования природных факторов, техногенных и трудовых ресурсов. Юго-востоку России, традиционно являющемуся зоной крупномасштабного товарного производства зерна, принадлежит ведущая роль в реализации федеральной Программы «Зерно».
Интегральным показателем всех мероприятий по выполнению Программы является повышение урожайности зерновых культур. Динамика урожайности зерновых культур, в России начиная с 1990 г, находится в стагнации. Если за пятилетие 1991-1995 гг., в среднем, собирали по 15 ц зерна с гектара, то за 1996-2000 гг. урожайность зерновых составила всего 13 ц с 1 га. Резко снизилась посевная площадь - с 65,6 млн. га на 1990 г. до 45,6 млн. га в 2000 году. Не избежала этого и Оренбургская область. В период с 1990 по 1997 г. в области посевная площадь сократилась на 16,6 % (925 тыс. га), в т. ч. зерновых на 12,8 % (481,9 тыс. га.) (И.Н. Советов, 1999). На 1/3 сократился и валовой сбор зерна по России со 104 млн. т. до 60 млн. т. в 1999-2000 гг. Особенно резкое сокраще-
ниє валового сбора произошло в 1998 г., когда этот показатель равнялся 47,8 млн. тонн (А.И.Алтухов, 1994; С.Н.Саленков, 2001).
Из-за упрощения технологии возделывания зерновых культур, низкокачественного семенного материала, отсутствия удобрений, затягивания сроков выполнения работ и ряда других причин резко снизилась урожайность и качество зерна.
Общепринято связывать рост урожайности с такими факторами, как сорт, уровень агротехники, организация производства. И это правильно. Однако следует признать, что увеличение урожайности сельскохозяйственных культур во многом зависит от общей культуры земледелия, применения удобрений, создания условий для максимального использования растениями фотосинтетически активной радиации (ФАР). В этом отношении зона Южного Урала дает возможность даже при использовании всего 2 % ФАР получать 12,0-14,0 т абсолютно сухого вещества растительной массы или 4,8-5,6 т зерна с гектара. Уже сейчас существующие сорта зернофуражных культур (Донецкий 8, Нутанс 553, Оренбургский 11,15,16, Целинный 30, Черниговский 28, Скакун, Астор), при наличии необходимой техники, удобрений, при нормальной организации работ, позволяют достигать таких результатов, или вплотную приблизиться к ним. Обычно высокий уровень урожайности на Южном Урале бывает только в годы с хорошей обеспеченностью влагой периода вегетации. В большинстве же лет в регионе (особенно в его южной части) вегетация зернофуражных культур проходит в условиях жестокого дефицита влаги, что и является основной причиной низкого уровня урожайности.
В этой связи уже первые исследования по технологиям возделывания зерновых культур, проводившиеся в степной зоне страны, в полеводстве главное внимание уделяли накоплению, сбережению и экономному расходованию влаги (П.А.Костычев, 1951; А.А.Измаильский, 1881, 1882 и др.). Эти исследования особенно усилились после жестокой засухи 1891-1892 гг., охватившей большую часть юга и востока России и вызвавшую голод в стране. Появилось
большое число капитальных работ (П.С.Коссович, 1904; А.П.Костычев, 1907; В.Г. Ротмистров, 1910, 1939 и др.), направленных на разработку приемов ослабляющих действие засухи.
В советское время, как в нашей стране, так и за рубежом проведены многочисленные исследования, посвященные всестороннему изучению с одной стороны закономерностей накопления, передвижения и сохранения влаги в связи со свойствами почвы, климатическими особенностями того или иного региона (А.Г.Дояренко, 1924; А.Ф.Лебедев, 1936; Н.М.Тулайков, 1962; Д.И.Буров, 1947, 1956; П.А.Костычев, 1951; А.А.Роде, 1965, 1978; Е.Д.Рассел, 1955; С.А.Вериго, Л.А.Разумова, 1963, 1971 и др.), с другой стороны - поглощения, передвижения и распределения воды в растениях (П.А.Генкель,1946, 1978; А.М.Алексеев, 1948; Д.А. Сабинин, 1937, 1955; Н.А.Максимов, 1952; А.ФЛебедев, 1936; A.M. Алпатьев, 1954; А.Л.Курсанов,1960, 1976; Н.А.Гусев, 1959; Н.С.Петинов, 1959, 1961, 1969; К.Г. Шульмейстер, 1975).
Вопросами водного режима, изучения водопотребления полевых культур в условиях Южного Урала много внимания уделили В.И.Румянцев (1961); Н.М. Тулайков (1963); С.С.Бажанов (1929); В.Ф.Аникович (1973); К.Г.Шульмейстер (1975, 1981); Н.А.Максютов (1989) и др. Однако, отдельные вопросы, особенно связанные с технологическими особенностями возделываемых культур, не получили должного освещения в специальной литературе.
Изучение водного режима под зерновыми культурами нами проводилось на протяжении почти трех десятилетий и позволило теоретически обосновать уровень обеспеченности урожаев влагой в различные по характеру увлажнения годы, определить водопотребление культур и выявить связи урожая и его компонентов с уровнем увлажнения по периодам роста и развития растений
В связи с общим упадком культуры зернового хозяйства, экстенсивным типом ведения земледелия, низким уровнем химизации, резко в отрицательную сторону было нарушено плодородие почв, выразившееся в снижении запасов
гумуса, общих и подвижных форм питательных веществ, высокой засоренности полей, поэтому вопросы почвенного питания приобрели важнейшее значение в технологии производства зерна. Особенно остро стоит этот вопрос по отношению к зернофуражным культурам, замыкающим севообороты (Листопадов И.Н. и др., 2000; Заводчиков Н.Д. и др., 2000; Глуховцев В.В., 2001; Саленков С.Н., 2001; Кислов А.В., 2001, 2002 и др.).
Проведенными нами в 1965-1975 гг. исследованиями по минеральному питанию ячменя и овса накоплен ценный экспериментальный материал, сделаны теоретические выводы и даны рекомендации производству, позволяющие получать высокие урожаи зерна овса и ячменя при одновременном повышении его качества. Эти разработки были учтены при составлении программы исследований на 1975-1985 гг. и в ходе ее выполнения по минеральному питанию растений. Основной упор в исследованиях в первой их половине 1975-1978 гг. был сделан на припосевное и локальное внесение минеральных удобрений с целью изучения видов и норм удобрений, что позволило в научно-практических рекомендациях теоретически обосновать и дать рекомендации производству по видам и нормам минеральных удобрений под зернофуражные культуры. В исследованиях более позднего периода (1979-1996 гг.) изучалось влияние полного минерального удобрения под планируемый урожай и последействие удобрений на фоне различных видов обработки почвы. В исследованиях по минеральному питанию был изучен вопрос о действии микроэлементов на величину и качество урожая зерна овса и ячменя.
Значительное внимание в работе уделено выявлению закономерностей роста и развития растений, фотосинтетической деятельности посевов в зависимости от основных агротехнических приемов, дана экологическая характеристика вегетации зернофуражных культур, предпринята попытка обоснования «оптимума среды» для ранних зерновых культур, изучен химический состав и кормовая ценность зерна и побочной продукции, исследованы вопросы экономики и энергетики.
Важнейшей проблемой в условиях степной зоны является поражаемость растений болезнями и вредителями. В частности, пыльной головней и хлебной полосатой блошкой, наносящих большой урон урожаю. Проведенные исследования по этому вопросу на фоне различных сроков посева ячменя и овса дали возможность рекомендовать производству оптимальные варианты технологии получения как семенного, так и товарного зерна.
Разработка научного комплексного подхода к созданию высокопродуктивных агрофитоценозов ячменя и овса с учетом их оптимизации на базе параметров, полученных в многолетних исследованиях, с целью повышения урожайности и увеличения валовых сборов зерна является весьма актуальной для степной зоны Южного Урала.
Цель и задачи исследований.
Цель исследований — разработать адаптивную технологию возделывания ячменя и овса с учетом имеющихся почвенных, климатических и антропогенных ресурсов для получения максимально возможного уровня урожайности с высокими показателями химического состава и технологических качеств зерна, без нарушения среды обитания.
Задачи исследований:
изучить закономерности роста и развития ячменя и овса в зависимости от технологических приемов возделывания, сроков, способов посева, норм высева, предшественников, доз и норм удобрений;
выявить влияние основных агротехнических приемов на урожайность, технологические качества и химический состав растений и зерна;
- определить фотометрические показатели посевов заданной продуктивности и разработать динамические модели, описывающие формирование высокопродуктивных агрофитоценозов;
- изучить водопотребление посевов ячменя и овса в зависимости от тех
нологических приемов;
исследовать и предложить производству систему мер по получению стабильных высоких урожаев;
теоретически и экспериментально обосновать возможности получения планируемых урожаев на уровне 2-3 т с 1 га, с учетом имеющихся ресурсов;
оценить роль зернофуражных культур в системе зернопаропропашного севооборота;
дать экономическую и энергетическую оценку рекомендованным технологическим приемам производства зерна ячменя и овса.
Работа выполнялась в соответствии с Всесоюзной отраслевой координационной программой ОЦ 032 (1965-1989 гг.), а с 1990 г. в соответствии с координационной программой 0.12.01.003. Т. (1-39.04) разделы Т. К, 02.03. и Т. 1Ч 06.01.
Темы научно-исследовательских работ, которые выполнял и руководил автор представленной диссертации, имели следующие номера Государственной регистрации: № 68027547, № 811036070, № 018600811268, № 01910006987.
Полевые опыты проводились в стационаре - учебно-опытном хозяйстве Оренбургского СХИ (затем ОГАУ) и ряде базовых хозяйств различных природно-климатических зон Оренбургской области.
Основные положения, выносимые на защиту:
морфофизиологические аспекты деятельности ячменя и овса в агрофи-тоценозах, возможности и пути оптимизации формирования урожая высокого качества;
продукционный процесс и особенности формирования элементов продуктивности культур в условиях степи Южного Урала в зависимости от основных технологических приемов;
особенности воздушного и корневого питания растений в посевах. Методика расчета максимально возможного уровня урожайности с учетом имеющихся ресурсов;
обоснование параметров высокопродуктивных агрофитоценозов ячменя и овса;
экономическая и энергетическая оценка вариантов технологии возделывания культур.
Научная новизна.
Впервые для зоны степи Южного Урала изучено влияние технологических приемов на химический состав и кормовую ценность зерна ячменя и овса;
установлено влияние предшественников в существующих типах севооборотов на урожай и качество зерна ячменя и овса;
выявлены закономерности морфофизиологического роста и развития ячменя и овса, формирования и динамики процессов фотосинтетической деятельности растений в зависимости от технологических приемов возделывания;
установлены закономерности формирования урожая и качества зерна при воздушном и корневом питании растений;
теоретически обоснованы и установлены экспериментально оптимальные сроки, способы посева, нормы высева семян ячменя и овса применительно к природно-климатическим зонам региона;
исследован метод подзимних посевов ячменя и овса для получения физически здорового и биологически полноценного семенного зерна;
определены максимально возможные уровни урожайности по приходу ФАР, влагообеспеченности запасов доступных форм питательных веществ в почве;
научно обоснована и установлена возможность применения для степи Южного Урала метода прогнозирования урожайности ячменя и овса с учетом имеющихся ресурсов, рассчитаны основные показатели воздушного и корневого питания при возрастающих нормах минеральных удобрений под планируемый урожай с учетом природных, организационных, экономических факторов;
впервые для зоны найдены коэффициенты водопотребления, использования питательных веществ ячменем и овсом из почвы и удобрений;
- определены оптимальные дозы и нормы основного и припосевного
удобрений под ячмень и овес, прослежено влияние последействия органиче
ских и минеральных удобрений на величину урожая и качество зерна фураж
ных культур;
разработаны формулы расчета урожайности и норм внесения удобрений применительно к интенсивной технологии возделывания зерновых культур;
дана экономическая и энергетическая оценка основным технологическим приемам возделывания ячменя и овса.
Практическая ценность работы.
Результаты исследований по адаптивной технологии возделывания ячменя и овса нашли широкое применение в работе АПК степной зоны Южного Урала. Производству были рекомендованы сроки, способы посева и нормы высева, дозы и нормы припосевного и основного удобрений, предложены варианты использования предшественников, разработана и внедрена в производство технология программированного выращивания урожаев зерновых культур, разработаны модели продукционного процесса. Рекомендации автора приняты научно-техническим Советом департамента сельского хозяйства, включены в научную систему земледелия Оренбургской области и широко используются при составлении технологических карт в хозяйствах области. Проведенные исследования и внедрение их результатов в производство дали возможность дополнительно получать ежегодно до 150-200 тыс. тонн товарного зерна.
Реализация результатов исследований.
Результаты исследований вошли составной частью в «Систему ведения сельского хозяйства Оренбургской области» (1967, 1981, 1986), «Систему земледелия в Оренбургской области» (1983), «Справочник агронома» (1989). В конце 80-х — начале 90-х годов автор участвовал в разработке и авторском надзоре за «Системой земледелия и землеустройства» большого числа хозяйств ряда районов Оренбургской области. Результаты исследований используются в учебном процессе Оренбургского аграрного университета при чтении лекций и
проведении лабораторно-практических занятий, при планировании и проведении сельскохозяйственных работ в зерновом производстве области.
Апробация работы.
Основные положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях по программированию урожайности в городе Казани (1983, 1986 гг.), Йошкар-Оле (1985 г.), Москве (ТСХА, 1987 г.), Иваново (1988 г.), Балашихе (1990 г.), на региональном (Урал и Сибирь) совещании участников географической сети опытов с удобрениями (Новосибирск, 1987 г.), межвузовских конференциях в г. Уральске (Казахстан, 1985, 1986 гг.), научно-производственных конференциях в НПО «Южный Урал» (1980-1997 гг.), ежегодных конференциях Оренбургского аграрного университета (1967-2001 гг.), областных и районных совещаниях и семинарах, публиковались в местных, региональных и общесоюзных изданиях.
Публикация в печати.
Всего опубликовано 80 работ, в т.ч. 53 по теме диссертации в централь
ных журналах «Селекция и семеноводство», «Зерновые культуры», «Земледе
лие», «Агрохимия», «Химия в сельском хозяйстве», «Плодородие», зональном
журнале «Уральские Нивы», в трудах Всесоюзных и Всероссийских конферен-
'- У ций по программированию урожайности, трудах институтов (Саратовского,
Пермского, Ульяновского, Уральского, Оренбургского), отчетах ВНТИЦ (1980, 1985, 1994, 2001 гг.), тематических сборниках (Оренбург, Челябинск), «Справочнике агронома» (1989 г.)
Объем и структура диссертации.
Диссертация изложена на 376 страницах компьютерного текста и содержит введение, 9 глав, выводы и предложения производству. В работе содержит-
0 ся 135 таблиц и 26 приложений. Список литературы включает 701 источников,
в том числе 38 на иностранных языках.
Биологические ресурсы и их использование
Большая часть Предуралья занята разновидностями карбонатных черноземов и темно-каштановых почв (Е.Н.Ерохина, 1959; В.Д.Кучеренко, А.Е. Солнцева,1964; В.Д.Кучеренко, 1972).
В лесостепи Оренбургской области значительный процент почв представлен тяжелосуглинистыми типичными тучными и выщелоченными черноземами с содержанием гумуса 8-10 % и мощностью гумусового горизонта 60-90 см. Эти типы черноземов отличаются хорошей оструктуренностью и благоприятными водно-физическими свойствами. Южнее преобладают обыкновенные и южные черноземы, как правило, тяжелосуглинистого механического состава с содержанием гумуса от 6 до 9 % (обыкновенные черноземы) и 3-6 % (южные черноземы). Мощность гумусового слоя колеблется от 30 до 50 см. Темно-каштановые почвы востока области отличаются высокой карбо-натностью, малым содержанием гумуса (1,5-4,8 %). На долю обыкновенных черноземов Оренбуржья приходится 25,1%, ти пичных и выщелочных - 13,6 %, южных - 35,2 % и темно-каштановых почв О 11,4 %. Значительный процент (около 9 %) этих типов почв засолены и нужда ются в мелиоративных мероприятиях. В северной части степной зоны Челябинской области расположены кар бонатные обыкновенные черноземы с мощностью гумусового горизонта 30-40 см. В южной части области большинство почв представлено карбонатными южными черноземами с малой мощностью гумусового горизонта (15-20 см.) и содержанием гумуса 4-5 %. В Курганской области преобладают выщелоченные черноземы (27 %) с содержанием гумуса от 7 до 9 % и мощностью гумусового горизонта 50-70 см. На юге области основными видами почв являются обыкновенные и выщело- ченные черноземы легкого и среднесуглинистого механического состава. Большинство почв засолены. Обыкновенные черноземы содержат 6-7,5 % гумуса при мощности гумусового горизонта 50-60 см.
Почва стационарна учебно-опытного хозяйства Оренбургского аграрного университета — среднемощный, среднесуглинистый карбонатный южный чернозем, сформированный на древнем аллювии с глубиной гумусового горизонта 55-60 и содержанием гумуса около 4,5 %. Реакция почвенного раствора близка к нейтральной или слабощелочная. Вскипание с поверхности. Почва не засолена, т. к. плотный остаток менее 0,2 %. Сумма поглощенных оснований 30-39 мг эквивалентов на 100 г. почвы.
По общему содержанию питательных веществ почвы довольно богаты, однако подвижных форм, за исключением калия и кальция не хватает. Меньше всего почва обеспечена подвижным фосфором, цинком, молибденом; лучше обеспечена азотом, марганцем и кобальтом (приложение 5 ).
Изучение динамики питательных веществ в почве показало, что легко-гидролизуемого азота значительно больше накапливается в верхнем слое почвы. Это связано с повышенным содержанием органического вещества и большой активностью микрофлоры в пахотном горизонте. В количественном отношении содержание легкогидролизуемого азота постоянно увеличивается от посева до фазы трубкования, что объясняется усилением биологической деятельности микрофлоры в период весны и перехода к лету. Затем идет снижение в связи с интенсивным поглощением азота растениями и затуханием микробиологической деятельности в почве в связи с иссушением пахотного слоя.
Содержание подвижного фосфора следует считать как малое. В динамике содержание подвижного фосфора незначительно увеличивается от посева до кущения. Максимум фосфора приходится на начало июня, а затем постепенно снижается, достигая к восковой спелости своего минимума, который оказывается значительно меньше, чем в день посева. Это явление объясняется значительным поглощением фосфора растущими растениями (Ф.В. Чирков, 1956, 1970; А.В.Ряховский, 1992 и др.). Обеспеченность почв обменным калием достаточно высокая. За период вегетации содержание калия от посева до кущения в почве увеличивалось, а затем было отмечено его постепенное снижение вплоть до восковой спелости зерна.
В связи с резкой континентальностью климата погодные условия в годы проведения экспериментов имели очень большие колебания по уровню увлажнения, температурным условиям.
По многолетним наблюдениям в большинстве лет условия весеннего увлажнения почвы можно считать вполне удовлетворительными (1966, 1968, 1969-1974,1976, 1978, 1983). В метровом слое почвы содержалось 110-170 мм продуктивной влаги, 30-40 мм в пахотном слое. Этого количества влаги было вполне достаточно для появления всходов, кущения. Дальнейший ход роста и развития хлебных злаков целиком и полностью зависел от осадков конца мая -первой половины июня. Коэффициент корреляции между урожайностью и осадками этого периода составляет г = + 0,923 ± 0,104.
Крайне неблагоприятными по уровню увлажнения были 1965, 1967, 1975, 1977, 1980, 1981, 1982, 1988, 1989 гг. В 1967 и 1977 гг. запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы были на уровне 25-30 мм продуктивной влаги. Практически влага содержалась только в пахотном горизонте. Поэтому многие хозяйства центральной, западной и южной зон области в эти годы отказались от проведения сева ранних зерновых культур. Как правило, в такие годы и за вегетационный период осадков почти не бывает.
Для условий сухой степи Южного Урала, в особенности это имеет место в Оренбургской области, характерна короткая, с быстрым нарастанием температур весна. От лежащего на мерзлой почве снега при таянии вода не успевает впитываться в почву, стекает в овраги, практически теряется бесполезно для урожая. Есть еще одна отрицательная особенность весеннего периода степи Урала. Бывают годы, когда раннее потепление обычно в конце марта - первой половине апреля (1965, 1967, 1975, 1977, 1984, 1988, 1989) в дальнейшем сменяется холодной, с сильными ветрами сухой погодой. Это приводит к резкому сокращению запасов продуктивной влаги в почве и, как следствие, низкому урожаю ранних зерновых культур.
Оптимизация фотосинтетической деятельности растений в зависимости от агротехнических приемов возделывания
Согласно Ф.М.Куперман (1953, 1968, 1973) продуктивность растений является функцией соответствия уровней светового и минерального питания. Чем выше уровень светового питания, тем при нормальном обеспечении растений влагой больше синтезируется углеводов и тем больше питательных веществ почвы они способны усвоить. Получение высокой урожайности полевых культур возможно только при условии максимального использования фотосинтетически активной радиации (А.А.Ничипорович, 1963; Г.П.Устенко, 1963; И.С.Шатилов, 1972, 1978, 1980;
М.К.Каюмов, 1980.) Урожай определяется большим комплексом факторов, находящихся в сложном взаимодействии. Почва с ее многообразными свойствами, вносимые удобрения, погодные условия вегетационного периода, приемы агротехники, высеваемые сорта, приход фитосинтетически активной радиации определяют уровень урожайности растений (И.А.Муррей и др., 1978; И.С.Шатилов, 1980; И.С.Шатилов и др., 1986).
Агротехнические приемы при возделывании зерновых культур являются мощным фактором, влияющим на фотосинтетическую деятельность растений в посевах, т.к. оказывают влияние на световой, пищевой режимы, уровень влаго-обеспеченности растений (Кулаковская Т.Н., 1979, 1990; Неттевич Э.Д., Комар О.А., 1980; Шатилов И.С., 1977; Шатилов И.С., Чудновский А.Ф., 1980; Шеве-лухаВ.С, 1982 и др.).
За счет оптимизации технологии возделывания формируется стеблестой в посевах, способный максимально использовать комплекс экологических условий среды и с высокой степенью эффективности осуществлять фотосинтез.
Солнечная радиация является энергетической основой жизнедеятельности организмов. Из многих факторов, влияющих на жизнь растений, солнечная радиация наиболее трудно регулируемый фактор. Поэтому учет прихода ФАР, аккумуляция ее в урожае, разработка комплекса агротехнических мероприятий по повышению использования КПД ФАР имеют важное значение не только с точки зрения получения определенных сведений для какой-либо зоны страны по энергетическому балансу, но и для выявления возможности максимального использования ФАР при современном уровне развития производительных сил в сельском хозяйстве. (А.А.Тооминг, 1977).
Повышение использования ФАР может быть достигнуто за счет улучшения плодородия почвы, оптимизации водного режима и условий минерального питания (А.А.Ничипорович, 1961; Н.И.Синицина, И.А.Гольцберг, 1973; Х.Г. Тооминг, 1977; А.А.Зиганшин, Л.Р.Шарифуллин, 1974; И.С.Шатилов, А.Ф. Чудновский, 1981).
В работах А.А.Ничипоровича с сотрудниками (1955, 1956, 1961) был установлен целый рад факторов, определяющих уровень урожайности: размер фотосинтетически активной площади листьев, интенсивность и продолжительность их работы и соотношение между накоплением (синтезом) и тратой органического вещества на дыхание в процессе онтогенеза. По Б.А.Рубину и В.Ф. Гавриленко (1977) величина биологического урожая во многом определяет размер хозяйственного урожая, который является частью биологического.
Величина биологического, а также хозяйственного урожая определяется площадью листового аппарата, размеры которого могут варьировать, как это было установлено в наших исследованиях в зависимости от предшественников от 9,4 тыс. кв. м. на 1 га у ячменя в фазу максимального их развития (колошения) в 1967 году до 30,2 тыс. кв. м. на 1 га в 1968 году и, соответственно, у овса от 10,1 до 34, 6 тыс. м /га (приложение 16).
За все годы исследований максимум площади листьев отмечен в фазу колошения, причем разница площади листьев, как у ячменя, так и овса в эту фазу по сравнению с предыдущей - выход в трубку, в годы благоприятные по увлажнению достигает 100-120 %. В годы неблагоприятные (1967, 1977, 1992, 1998 гг.) основная часть площади листовой поверхности накапливается уже в фазу трубкования и прирост площади листьев в следующую фазу составляет всего 5-Ю %. В фазу молочной спелости во все годы отмечается отмирание листьев и тем интенсивнее, чем суше год и выше температурная напряженность. Особенно нагляден в этом отношении 1967 год, когда к молочной спелости площадь листовой поверхности по сравнению с фазой колошения сократилась в 3,9 раза у ячменя и в 2,8 раза у овса (приложение 17 ).
Сокращение площади листовой поверхности идет как за счет отмирания нижних листьев главного побега, так и за счет отмирания целиком побегов кущения. На темпы сокращения площади листовой поверхности заметное влияние оказывают предшественники. Более интенсивно потеря листовой поверхности идет у ячменя и овса по худшим - зерновым предшественникам, менее по кукурузе и пару.
Коэффициент корреляции между максимальной площадью листьев и ФП по разным предшественникам показывает на высокую степень тесноты связи и находится в пределах: у ячменя г = 0,962 - 0,894, у овса г = 0,985 - 0,912. Более низкие показатели характерны для зерновых предшественников.
В наших исследованиях величина фотосинтетического потенциала в зависимости от предшественника у ячменя колебалась от 0,3 млн. м. кв. / сутки по зерновым предшественникам до 0,42 млн. м. кв. / сутки по пару в 1967 году и от 1,4 у ячменя и 1,33 у овса по зерновым предшественникам до 1,63 млн. м. кв. / сутки и 1,58 млн. м. кв. / сутки, соответственно, по пару в самые благоприятные 1968, 1970 годы. Амплитуда колебаний фотосинтетического потенциала в неблагоприятные годы достигала 124 %, в благоприятные не превышала 110-120 % между различными видами предшественников.
Корреляционный анализ между ФП и величиной урожая ячменя и овса показал на высокую степень зависимости между этими сопряженными величинами. Коэффициенты корреляции имели следующие показатели (ср. за 1966-1970 гг.).
Мониторинг плодородия почвы и продуктивность севооборота
В 1984-2002 гг. проведен мониторинг плодородия южного карбонатного тяжелосуглинистого чернозема за три ротации семипольного зернопаропро-пашного севооборота. Кроме пара севооборот включал яровую пшеницу (2 поля), кукурузу, озимые, суданскую траву и ячмень, выращиваемых на трех фонах питания. Результаты анализов содержания азота и подвижного фосфора в почве южного карбонатного чернозема показал, что внесение азотных и фосфорных удобрений, рассчитанных на разные уровни урожайности, приводит к повышению содержания этих элементов в почве. Особенно это относится к фосфору, повышение содержания которого отмечается уже на второй-третий год после начала систематического внесения расчетных норм удобрений в севообороте. На контроле по всем элементам питания отмечен отрицательный баланс. Расчетные нормы удобрений на низкий и средний уровень урожайности культур восполняют вынос азота на 62,5-63,8 %, на высокий (ДВУ) - на 96,7 %.
Положительный баланс по фосфору наблюдается даже при внесении его на низкий уровень урожайности, а при внесении расчетных норм удобрений на средний и высокий уровни - баланс его к выносу составляет 207,3 и 318,4 %.
Исследования 1984-2002 гг. показали, что за первую ротацию севооборота содержание подвижного фосфора повысилась с 1,9 до 2,8-4,06 мг на 100 г почвы, причем количество подвижных форм азота и фосфора находились в прямой зависимости от норм удобрений. На варианте без удобрений отмечается снижение содержания гумуса, общего азота и подвижного фосфора. Внесение расчетных норм удобрений в севообороте позволяет стабилизировать содержание гумуса и существенно повысить содержание подвижного фосфора.
На южных черноземах Оренбургской области планируемый урожай культур в севообороте, обеспеченный ресурсами влаги, можно получить при содержании в почве 30-35 мг/кг подвижного фосфора при использовании в условиях богары 1-1,5% ФАР.
Исследования последних лет показали, что для увеличения содержания фосфора на 10 мг/кг в почве южных черноземов центральной зоны Оренбургской области требуется вносить за ротацию севооборота 109-127 кг/га Р2О5.
В третьей ротации севооборота был проведен полный учет выноса питательных веществ урожаем культур, поступление их с удобрениями и органическими остатками и рассчитан баланс элементов питания и гумуса за 1996-2001 годы и отдельно за 2001 год (приложение ).
Вынос азота в целом по севообороту составил на контроле (без удобрений) 3,68 с 1 га, на расчетном фоне на средний уровень урожайности 4,81 и на варианте с расчетным уровнем на ДВУ - 5,03 ц, фосфора (Р2О5), соответственно, 1,09, 1,44 и 1,49 и калия 3,17, 4,32, 4,54 ц с 1 га. Данные 2001 года по выносу питательных веществ близки к средним показателям 1996-2001 годов (табл. 5.7.1).
Вынос питательных веществ культурами севооборота различен. Наибольшее количество отчужденных азота и фосфора приходится на озимую пшеницу. Суданская трава и кукуруза больше отчуждали калия. В опыте 2001 года по всем трем макроэлементам первенство было за озимой пшеницей, которая сформировала большую вегетативную массу, в связи с чем резко возросло поглощение из почвы и удобрений калия, максимум расхода которого приходится на солому (табл. 5.7.2). Наибольшее количество пожнивных остатков за период 1996-2001 гг. было у суданской травы (1,31-2,02 т/га), после яровых зерновых культур оставалось примерно одинаковое количество пожнивных остатков (0,64-0,94 т/га). Такая же картина была и в 2001 году: после зерновых оставалось от 0,61 до 0,75 т остатков, после суданской травы от 1 до 1,85 т/га (табл. 5.7.3). Максимум поступления органики в почву в севообороте был после озимой пшеницы. В среднем за ротацию от озимой пшеницы в общий баланс органики было внесено более 7,5 т на га корневых, пожнивных остатков и соломы на контрольном варианте. На расчетных фонах поступление органического вещества увеличилось до 8,2-8,3 т на 1 га. Ячмень оставлял в зависимости от условий периода вегетации от 4,0 до 6,0 т растительных остатков на 1 га и оказался одной из культур, оставляющих после себя наименьшее количество органики в почве (табл. 5.7.4). С растительными остатками в почву за ротацию севооборота поступило от 4,32 до 5,22 ц на 1 га азота; 1,18-1,39 ц фосфора и 3,22-4,11 ц калия в зависимости от культуры и фонов питания. Максимальное количество NPK поступило в почву на вариантах с расчетными уровнями урожайности на ДВУ (табл. 5.7.5). Наибольшее поступление азота и фосфора в почву было от посевов озимой пшеницы, калия - от суданской травы. Зерновые культуры дали примерно равное количество элементов питания в органических остатках.
Эффективность минеральных удобрений в зависимости от способов, доз и сроков внесения
Каждый их этих способов внесения и их техническое исполнение должно отвечать следующим основным требованиям: 1) заделка удобрений должна быть проведена в основной корнеобитаемый слой почвы; 2) время внесения удобрений должно быть максимально приближено к началу использования их растениями с целью свести к минимуму потери питательных веществ; 3) дозы удобрений должны соответствовать потребности растений в определенные фазы роста и не загрязнять окружающую среду; 4) внесение определенных доз удобрений под культуры обеспечивается существующим набором машин и механизмов; 5) осуществляемые мероприятия по внесению удобрений должны обеспечить высокий экономический эффект.
Оценивая способы внесения удобрений, прежде всего, необходимо учитывать позиционную доступность питательных веществ для сельскохозяйственных культур, обеспечиваемую этими способами. Глубина расположения тука, равномерность распределения его частиц, удаление от активной части корневой системы - от всего этого будет зависеть насколько эффективным окажется внесение удобрений (Бобко Е.В., 1935; Соколов А.В., 1947; Найдин П.Г., 1963; Gericke S., Barmann С, 1963).
Основное удобрение вносится до вспашки зяби центробежными разбрасывателями, недостатком которых является неравномерное распределение частиц по площади поля, а при последующей заделке - и по глубине. Распределение частиц удобрений носит случайный характер (Баранов П.А., 1964; Перегудов В.Н., Овчинникова Н.Г., 1970; Авдонин Н.С., 1972; Zimmerman R., 1973). При заделке удобрений плугом основная масса тука размещается на дне борозды, что не дает растениям особенно в первое время эффективно их использовать (Авдонин Н.С., 1972; Гусев М.И. и др., 1974; Дмитриенко П.А. и др., 1976; Тепляков И.Г., Федоров Е.А., 1979). Разбросное внесение минеральных удобрений приводит к значительному смешиванию тука с большим объемом почвы, что вызывает переход части элементов питания в недоступную растениям форму (Трапезников В.К., 1983) и поглощению ионов аммония и калия почвенным поглощающим комплексом (Минеев В.Г., 1975).
Однако, основное удобрение — ведущий прием использования удобрений под зерновые культуры, т.к. глубокая заделка туков обеспечивает помещение их во влажный слой почвы, способствует более длительному использованию и предотвращает загрязнение окружающей среды за счет ливневого смыва (Глу-ховский А.Б., 1974; Минеев В.Г., Ивлев М.М., Аникст Д.М., 1980).
Более эффективным способом внесения основного удобрения во многих случаях оказывается локальный, когда туки размещаются лентами шириной 1,5- 2,0 см на глубине до 10 см. Эффективность этого способа внесения основного удобрения проверялось в различных почвенно-климатических зонах страны и за рубежом под различными культурами (Горбылева А.И., 1974; Вильд-флуш Р.Т., 1974; Гилис М.Б., 1975; Булаев В.Е., 1976; 1981; Каликинский А.А., 1980; Курилович К.К. и др., 1979; Сахибгареев А.А., 1981; COOK et al., 1956; Boyd et al., 1968; Толстоусов В.П., 1971; Буряков A.T. и др., 2000).
Локальное внесение удобрений в большой степени ограничивает смешивание туков с почвой и способствует сохранению и более длительному использованию доступных форм питательных веществ удобрений для растений (Соколов А.В., 1947; Вильдфлуш Р.Т., Минич А.Н. и др., 1971; Вильдфлуш Р.Т., 1974; Гилис М.Б., 1975; Сотников Н.К., Петровец В.Р., 1976; Курилович К.К., Сентюров А.С., 1979; Булаев А.Е., 1976, 1981).
Растворяясь в почвенной влаге, минеральные удобрения мигрируют во все стороны. Наибольшей подвижностью обладает нитратный азот, значительно меньшей — аммонийный и калий. Малой миграцией отличается фосфор. Нитратный азот может быть вымыт осадками из пахотного слоя почвы (Бобко Е.В., 1935). Вопросы миграции ионов занимали умы многих ученых. Гилис М.Б. (1975) на основе лабораторных опытов установил, что за 125 суток фосфорная кислота на средневыщелоченном черноземе передвинулась на 7-8 см. По данным Булаева В.Е. с сотрудниками (1976, 1977) через три недели после закладки опыта основная часть фосфора из суперфосфата мигрировала на 2-3 см и незначительное количество ее было отмечено на расстоянии 5-6 см от очага внесения. Аналогично фосфору мигрировал из ленты калий (Тверезовская М.Н., 1971; Вильдфлуш Р.Т., 1974).
Исследования Трапезникова В.К. (1983) показали, что при разбросном внесении удобрений повышенное содержание ионов аммония обычно отмечается в слое 0-5 см и в условиях засухи он оказывается недоступным для растений. Но в целом миграция его выражена слабо и при локальном внесении удобрения повышенное его содержание в расположении ленты сохраняется до мо-лочно-восковой спелости зерна.
Ионы NO3 в высокой концентрации в ленте сохраняются только в первые три-четыре недели, затем концентрация их уменьшается, а зона повышенного содержания смещается в зависимости от условий увлажнения в вертикальном направлении — вверх или вниз от ленты (Долгов СИ., 1949; Scotter D.R., 1974).
Аналогичные результаты были получены в исследованиях Тверезовской М.Н. (1971), Вильдфлуш Р.Т. (1974); Кудеярова А.Ю. (1979). Передвижение питательных веществ удобрений в почве обычно сдерживается корневой системой и имеет ограниченный характер (Гилис М.Б., 1975).
Все вышесказанное помогает более четко представить картину взаимоотношений растения - минеральные удобрения.
Эффективность минеральных удобрений повышается при создании в почве зон с высокой концентрацией ионов, которая возможна при локальном расположении туков.
Корневая система ячменя слабо развита, формируется и работает в короткий срок, характеризуется невысокой усвояющей способностью, поэтому ячмень предъявляет повышенные требования к содержанию доступных форм питательных веществ в зоне действия корневой системы (Иванов А.П., 1964; Най-дин П.Г., 1963,1969; Керефов К.Н., 1975; Саранин К.И., Безуглов В.Г., 2001).
Для овса характерен длительный период потребления питательных ве-ществ, меняющийся в зависимости от фазы развития (Лызлов Е.В., 1973; Богач-ков В.И., 1975; Осин А.Е., 1978, 1983). Корневая система овса более мощно развита, чем у ячменя и пшеницы и способна к усвоению большего количества элементов питания.
