Содержание к диссертации
Введение
1. История и перспективы исследования бинарных посевов (Обзор литературы) 6
1.1. Перспективы биологизации систем земледелия на ландшафтной основе 6
1.2. Агробиологические и экологические аспекты возделывания межвидовых посевов 16
2. Место, условия и методика исследований 35
2.1. Общая физико-географическая характеристика Ростовской области и места проведения исследований 35
2.2. Погодные условия в годы проведения исследований 38
2.3. Объект и методика исследований 44
3. Рост, развитие и устойчивость растений озимой пшеницы к неблагоприятным факторам 50
3.1. Влияние элементов технологии возделывания на полевую всхожесть семян и густоту всходов озимой пшеницы 50
3.2. Особенности осеннего развития растений озимой пшеницы 57
3.3. Сохранность растения озимой пшеницы за зимний период 65
4. Рост, развитие и фотосинтетическая деятельность растений в весенне-летний период 73
4.1. Особенности развития растений озимой пшеницы и вики, мохнатой в весенне-летний период 73
4.2. Содержание элементов питания в растениях озимой пшеницы... 78
4.3. Засоренность посевов озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания
4.4. Фотосинтетическая деятельность посевов озимой пшеницы 95
5. Урожай и качество зерна озимой пшеницы в одновидовых и бинарных посевах 104
5.1. Структура урожая озимой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания 104
5.2. Урожайность и качество зерна озимой пшеницы 107
6. Экономическая и биоэнергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы в зависимости от применяемых элементов технологии 115
Основные выводы 120
Предложения производству 122
Литература 123
Приложения 138
- Перспективы биологизации систем земледелия на ландшафтной основе
- Погодные условия в годы проведения исследований
- Влияние элементов технологии возделывания на полевую всхожесть семян и густоту всходов озимой пшеницы
- Особенности развития растений озимой пшеницы и вики, мохнатой в весенне-летний период
Введение к работе
Актуальность темы. На Северном Кавказе проблема повышение урожайности и качества зерна в настоящее время приобрела важное зна чение, и решение ее в значительной степени определяется подбором Чред шественников и элементов биологизации земледелия. Переход к биологи зированным системам земледелия на ландшафтной основе позволит в определенной мере смоделировать природные фитоценозы, в которых злак? вые и бобовые компоненты не угнетают, а дополняют друг друга.
В Ростовской области особого внимания заслуживают озимые пше-нично-виковые смеси, используемые для производства продовольственного зерна озимой пшеницы при минимальном применении минерального азота. Значение пшенично-виковых смесей не ограничивается их высоко," продуктивностью, они играют большую роль в формировании экологически безопасных агроландшафтов.
Поэтому исследования по разработке высокоэффективных приемов технологии возделывания озимой пшеницы в совместных посевах с ВИКО"! мохнатой, поиску нетрадиционных способов их использования имею, актуальное значение.
Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в разработке технологии возделывания озимой пшеницы в бинарных посевах в зависи мости от фонов минеральных удобрений и применения гербицидов.
Для выполнения поставленной цели в программу чаших исследований входило решение следующих задач:
определение влияния элементов технологии возделывания на полевую всхожесть семян, осеннее развитие, сохранность и выживаемость растений озимой пшеницы к уборке;
изучение особенностей роста и развития растений озимой пшеницы в осенний и весенне-летний периоды под влиянием минеральных удобрений в одновидовых и бинарных посевах;
выявить влияние продолжительности вегетации озимой вики в бииар ных посевах на урожайность и качество зерна озимой пшеницы;
определить экономическую и биоэнергетическую эффективность W1-делывания озимой пшеницы в зависимости от продолжительности вегетации озимой вики в бинарных посевах и фонов минеральных удобрений.
Научная новизна. Разработан новый способ использования вико пшеничной смеси для производства продовольственного зерна озимой пшеницы при минимальном применении минеральных удобрений. Выявлены факторы, определяющие полевую всхожесть семян, осеннее развитие и сохранность растений озимой пшеницы в бинарных посевах, изучены особенности формирования урожая озимой пшеницы в прерванных бинарных посевах. Выявлены закономерности формирования урожая озимой пшеницы в зависимости от фона удобрений и срока вегетации вики озимой і ЪнШШЦ8№Е&ьиая
I ШМИОГЕКА і
3 І і"»
Практическая значимость заключается в научном обосновании возможности и экономической целесообразности возделывания озимой пшеницы в бинарных посевах в условиях приазовской зоны Ростовской области. Результаты исследований внедрены в хозяйствах Октябрьского, Ьялокалитвинского и Усть-Донецкого районов Ростовской области лг їлощади 1260 га.
Апробация работы. Основные положения диссертационной pw'< іь: вкладывались и обсуждались на ежегодных чаучно-ирактических конфе '»'!'циях профессорско-преподавательского состава Донского ГДУ в 2(2-?і»>4 гг.. на V Международной научно-практической конференции ''Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Донской ГАУ, 2004 v.), на Международной научно-практической конференции «Проблемы борьбы с засухой» (Ставропольский ГАУ, 2004 г.) По материалам диссер~аш;л опубликовано 5 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на і 22 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, основных зыаодов и предложений производству, включает 6 рисунков, 28 таблиц б ексте и 64 таблицы в приложении. Список литературы состоит из 144 наименований, в т.ч. 9 на иностранном языке.
Перспективы биологизации систем земледелия на ландшафтной основе
В условиях реформирования агропромышленного комплекса, когда сократился объем применения техногенных средств интенсификации производства, возрастает значение биологических факторов.
Эволюция систем земледелия на длинном историческом отрезке времени отражает уровни использования земли, способы повышения ее плодородия. Каждая система земледелия прошлого и все существующие в совокупности внесли ценный научный и практический вклад в теорию и практику ведения земледелия, который следует учитывать и в наши дни. Важнейшим направлением совершенствования современных систем земледелия является их биологизация как изменение соотношения в совокупном применении биогенных и техногенных факторов интенсификации. В настоящее время технологии возделывания культур должны преломляться через уровень воздействия их на почву, через способность активизации естественных саморегулирующих процессов в агроэкосистеме. В почве как элементе биосферы — наибольшая активность и заселенность живыми организмами, при этом их функционирование зависит от многих факторов: зоны, растительности и др. Почвенная биота является важнейшим индикатором состояния процессов саморегуляции экосистемы, последствий увеличения техногенной нагрузки на нее и деградации отдельных компонентов. Регулировать биомассу живого вещества в почве и направленность его функционирования можно путем внесения в почву различного биоэнергетического материала (солома, навоз, растительные остатки многолетних трав, сидераты и т.д.). Оптимизация параметров воспроизводства органического вещества в агроэкосистемах позволяет изменять структуру, насыщенность и интенсивность функционирования почвенных микробных сообществ. Важно отметить, что с процессами регуляции почвенной биоты тесно связана продуктивность агроценозов, получение экологически безопасной продукции растениеводства. При этом имеется реальная возможность в значительной мере регулировать компенсированность потоков веществ и энергии в агроценозах (Е.В. Агафонов, 1989; В.А. Алабушев, 1998).
Рассмотрение сложного биологического производственного объекта, которым является сельское хозяйство, нуждается в системном подходе, который является методологическим направлением, требующим рассматривать любое явление с точки зрения целостности, динамичности и оптимальности (М.И. Сидоров, 1997; В.П. Ермоленко, 2001). В настоящее время работы по совершенствованию и внедрению систем земледелия резко снизились в связи с реформированием производственных отношений, появлением новых форм собственности. Это вносит в практику ведения сельского хозяйства принципиальные моменты. С появлением реального хозяина на земле создаются условия для снижения процессов ее деградации, повышения продуктивности агроценозов, максимальной реализации функционирования естественных процессов саморегуляции в почве, повышения долевого участия биологического компонента в формировании урожая культур. Вследствие этого биологизация земледелия является новым, более высоким этапом в развитии научного и практического земледелия.
Биологические системы земледелия, как высшая форма биологизации, гораздо сложнее интенсивных систем и не имеет ничего общего с примитивным земледелием. При этом биологизация имеет перспективу для хозяйств самого различного уровня экономического развития. Так, в условиях высокоинтенсивного земледелия переход на преимущественно биологические методы позволяет ослабить экологические проблемы, а в экономически слабых хозяйствах овладение биологическими способами ведения земледелия создает условия для повышения продуктивности земледелия (Н.И. Зезюков, 1997). Академиком А.А. Жученко (1994) разработана стратегия адаптивной интенсификации растениеводства, которая базируется на экологизации и биологизации интенсивных процессов в земледелии нашей страны. Концепции «уравнительного земледелия», господствующей в стране на протяжении нескольких десятилетий прошлого века, противопоставлены принципы более дифференцированного использования природных, биологических, техногенных и трудовых ресурсов с целью обеспечения устойчивого роста урожайности, его ресурсоэнергоэкономичности и природоохранности, при адаптивном использовании факторов интенсификации земледелия, но с учетом обязательного сохранения природной среды при более активном вовлечении в процесс интенсификации сил природы (П.П. Вавилов, 1978). Назрела необходимость перехода на биологизированные системы земледелия, при которых могут быть максимально использованы внутрихозяйственные и биологические факторы уменьшения разомкнутости круговорота веществ и энергии при производстве продукции растениеводства (В.П. Ермоленко, 2001). Биологические факторы земледелия не следует противопоставлять небиологическим и тем более отрицать последние. Биологические факторы нужно использовать не только для замены антропогенных воздействий, но и для предотвращения или устранения негативных последствий применения факторов интенсификации. При переводе земледелия на эколого-адаптивные принципы с максимальным использованием биологических факторов необходимо решить множество вопросов, главным из которых являются воспроизводство плодородия почвы и максимальное использование агроэкологических ресурсов Природы (В.А. Алабушев, 1998; И.М. Шапошникова, 2004).
Погодные условия в годы проведения исследований
2001-2002 сельскохозяйственный год по гидротермическому режиму оказался близким к обычному, с тенденцией к незначительному недобору осадков и повышению температуры воздуха (табл. 1). По отдельным сезонам года погодные условия имели некоторые отклонения от среднемноголетних показателей.
Осенний период 2001 г. оказался по температурному режиму близким к среднемноголетнему, но осадков выпало на 66,7 мм больше, что положительно сказалось на осеннем развитии растений озимой пшеницы и озимой вики. Наиболее благоприятным для развития растений был сентябрь.
Зима 2001-2002 с.-х. года оказалась теплее обычного, особенно аномально теплым был февраль, когда температура воздуха была выше нормы на 8,0С, Следует отметить, что декабрь был холоднее нормы на 3,1, однако устойчивый снежный покров обеспечил хорошую перезимовку озимых культур и многолетних трав. Осадков за зимний период выпало 93,1 мм, или 86,5% от нормы. Наименее увлажненным оказался февраль. В целом для растений озимой пшеницы и озимой вики условия зимнего периода были благоприятными.
Весна была ранней и дружной, вегетация растений озимой пшеницы началась в первой декаде марта, устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 0С произошел в начале третьей декады февраля, что более чем на три недели раньше обычного. На фоне повышенного температурного режима за весенний период осадков выпало 84,5 мм, или на 16,9 мм меньше нормы. Наиболее засушливым оказался апрель, когда за месяц выпало всего 8,1 мм, или 25% от нормы. Однако благодаря высокому запасу влаги в почве, накопившемуся за зимний период, а также обильным осадкам за март растения озимой пшеницы и озимой вики не испытывали дефицита влаги. Условия для проведения весенне-полевых работ в этом сельскохозяйственном году были благоприятными.
Относительно достаточные осадки в мае месяце, и особенно в июне, обеспечили хорошие условия для формирования высокого урожая зерновых колосовых культур. Лето было несколько теплее и засушливее обычного, средняя температура воздуха была 23,7С, или на 1,5 выше нормы, а осадков выпало всего 69,3 мм, из них 73,4% (50,9 мм) выпало в июне. Условия для уборки зерновых колосовых культур были благоприятными. 2001-2002 сельскохозяйственный год был благоприятным для формирования высокого урожая, что позволило во многих хозяйствах Ростовской области получить максимальный урожай за последние 5-7 лет. 2002-2003 сельскохозяйственный год оказался крайне неблагоприятным для роста и развития большинства зерновых колосовых культур. Среднегодовая температура воздуха составила 8,7С, что на 0,3С меньше нормы. Осадков выпало 429,6 мм, или на 38,9 мм меньше нормы. Следует отметить, что за период активной вегетации зерновых колосовых культур (март-июнь) выпало всего 73,1 мм, или на 88,9 мм (55%) меньше нормы (табл. 2). Осенний период 2002 г. оказался очень благоприятным для получения дружных всходов и хорошего развития растений озимых культур. Температура воздуха была на 1,6С выше нормы, а осадков выпало 155,3 мм, что на 44,8% больше нормы. В связи с длительным теплым осенним периодом растения озимой пшеницы несколько переросли, что отрицательно отразилось на их перезимовке. Зима наступила почти в календарные сроки. Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха произошел в начале первой декады декабря, а в отдельные дни второй декады декабря температура воздуха опускалась до -20...-22С, и только благодаря наличию снежного покрова от этих морозов растения озимой пшеницы сильно не пострадали. В январе началось постепенно потепление, которое привело к образованию притертой ледянок корки на посевах озимых культур и многолетних трав. Притертая ледяная корка была на полях более 3 недель, что привело к большой гибели растений озимой пшеницы. Во второй половине января наблюдались резкие колебания температуры воздуха, что вызывало выпирание озимых культур и разрыв в корневой системе. В конце января-начале февраля наблюдалось потепление и обильное выпадение ливневых дождей, которые вызывали огромный смыв почвы на склонах, В целом зима 2002-2003 с.-х. года оказалась на 1,7 холоднее обычного и крайне неблагоприятной для перезимовки озимых культур. Весна 2003 г. была ранней, но затяжной, с пониженным температурным режимом в апреле и значительным недобором осадков. Так, сумма осадков за весенний период составила 43,2 мм, или в два раза меньше нормы. Дефицит влаги в почве особенно начал проявляться в конце апреля-начале мая, когда отмечалась массовая гибель ослабленных растений озимой пшеницы и озимой вики. Наиболее жесткие засушливые условия наблюдались в мае месяце, когда выпало всего 5,0 мм осадков, или 12,7% от нормы, а температура воздуха оказалась на 2,3С выше многолетней нормы. В мае-июне осадки отсутствовали в течение 47 дней, и первые летние осадки выпали только 28 июня, что очень негативно отразилось на формировании урожая зерновых колосовых культур. Лето оказалось прохладным и засушливым. Недобор осадков наблюдался в июне (30,7 мм) и августе (28,3 мм), однако в июле осадков выпало более 80 мм, или больше нормы на 27,9 мм. Обильные осадки в июле затрудняли уборку и снизили качество зерна озимой пшеницы.
Влияние элементов технологии возделывания на полевую всхожесть семян и густоту всходов озимой пшеницы
Осенний период развития растений озимой пшеницы характеризуется рядом важных жизненных процессов: формированием листьев, узла кущения, образованием новых побегов и узловых корней, накоплением пластических веществ, определяющих устойчивость растений к неблагоприятным условиям перезимовки. У озимой пшеницы, по данным А.И. Носатовского (1965), Н.Н. Бородина (1976), при своевременном появлении всходов фаза кущения в условиях Нижнего Дона наступает через 15-17 дней. При наличии в почве влаги и питательных веществ температура воздуха является главным фактором, которым определяется длина периода от всходов до конца осеннего кущения.
В наших опытах средняя продолжительность периода всходы-кущение у озимой пшеницы в зависимости от вариантов опыта колебалась от 16 до 18 дней (табл.8). Наиболее продолжительным (19-21 день) этот период был в 2003-2004 с.-х. году (приложение 15). Продолжительность периода всходы-кущение в этом году обуславливалась отсутствием осадков и высокой среднесуточной температурой воздуха до 16-19С, что выше среднемноголетней нормы на 3,2-1,5С. При таких условиях увлажнения и температурном режиме наблюдалось замедление ростовых процессов и более позднее наступление фазы кущения. Однако с улучшением условий увлажнения и при понижении среднесуточных температур воздуха до +10...+ 14С на вариантах, где было осуществлено внесение минеральных удобрений, продолжительность периода всходы-кущение уменьшилась с 21 до 19 дней. То есть фаза кущения здесь наступила на 2 дня раньше по сравнению с контролем, где в технологии не предусматривалось внесение минеральных удобрений.
В 2001-2002 и 2002-2003 с.-х. годах условия вегетации растений озимой пшеницы в межфазный период всходы-кущение складывались более благоприятно, чем в 2003-2004 с.-х. году (приложения 13-15). Среднесуточные температуры воздуха составили 13,2-14,8С, а осадков выпало 15,8-21,4 мм. Это и обеспечило при наличии запасов влаги в слое почвы 0-20 см 12,3-19,8 мм в первой декаде октября более быстрое прохождение фазы всходов и наступление кущения растений.
Как отмечают Л.И. Носатовский (1965), Н.Н, Бородин (1976), Ф.М. Пруцков (1982) и др., продолжительность и интенсивность кущения здесь зависят от многих факторов, и прежде всего от обеспеченности растений влагой, питательными веществами и от температурного режима, а также от биологических особенностей сорта, глубины заделки семян и других причин. В условиях достаточной влажности почвы оптимальная температура воздуха для осеннего кущения составляет, по А.И. Носатовскому (1965), от +11 до + 12С, по Ф.М. Пруцкову (1982) - от +7 до +12С, по Н.Н. Бородину (1976) -от+13до+18С.
Понижение температуры воздуха до перехода через +5С определяет продолжительность и интенсивность осеннего кущения. На Нижнем Дону кущение озимой пшеницы при среднесуточной температуре воздуха 13-15С наступает одновременно с образованием 4-го листа, примерно через 10-15 дней после появления всходов. Сумма среднесуточных температур воздуха за этот период составляет 230-250С (Н.Н. Бородин, 1976). А.И. Носатовский (1965) считал, что к концу осенней вегетации при оптимальном увлажнении и уровне минерального питания и сумме среднесуточных температур до 350С озимая пшеница должна развить 3-4 побега. ІІ.В. Губанов, Н.Н. Иванов (1983) считают, что продолжительность осеннего периода кущения при нормальных условиях составляет в среднем 25-30 дней.
Как показали наши наблюдения, при посеве озимой пшеницы по непаровым предшественникам из-за недостатка влаги всходы нередко появляются с запозданием, и период от всходов до кущения удлиняется и продолжается до тех пор, пока сумма среднесуточных температур воздуха не составит 242,9-272,3С.
По нашим данным, продолжительность периода кущение-прекращение осенней вегетации растений озимой пшеницы в среднем за годы наблюдений была равна 43-47 дням. Такая продолжительность периода с благоприятными метеоусловиями в эти годы способствовала интенсивному кущению, что позволило растениям озимой пшеницы сформировать более 4,4 побегов на одном растении. Это обусловило, особенно на вариантах с применением минеральных удобрений (N15P39K39), их хорошее развитие и накопление запасных питательных веществ в узлах кущения.
Самый короткий период кущение-конец осенней вегетации отмечен у озимой пшеницы в 2001-2002 с.-х. году - 43-47 дней, за который растения набрали сумму среднесуточных температур от 226,6С до 252,7С. Наиболее продолжительная вегетация растений озимой пшеницы в осенний период нами была отмечена в 2002-2003 с.-х. году - от 64 до 66 дней, за этот период сумма среднесуточных температур составляла от 572,6-590,6С (бинарные посевы) до 605,1-619,5С (одновидовой посев).
Следует отметить, что в бинарных посевах развитие растений озимой пшеницы несколько тормозила аллелопатическая активность озимой вики. При этом в среднем за три года период вегетации растений озимой пшеницы в бинарном посеве был на один день короче - 62 дня против 63 дней на контроле. Наиболее заметное уменьшение продолжительности вегетации нами отмечено в межфазный период кущение-окончание осенней вегетации.
В среднем за годы исследований сумма среднесуточных температур воздуха за осенний период вегетации составила: в одновидовом посеве — 537,7-542,9С, а в бинарном посеве-521,5-538,8С.
Особенности развития растений озимой пшеницы и вики, мохнатой в весенне-летний период
Различия в росте и развитии растений озимой пшеницы по вариантам опыта, обусловленные неодинаковыми условиями в осенний период, не сглаживаются к началу весенней вегетации, оказываются еще более значительными в связи с различными условиями зимовки.
Плохо перезимовавшие, переросшие с осени растения весной отстают в росте и накоплении вегетативной массы.
За дату возобновления весенней вегетации принято считать переход среднесуточной температуры воздуха через +5С в сторону ее повышения и видимые изменения в отрастании надземных органов растения и узловых корней озимой пшеницы. Возобновление весенней вегетации озимой пшеницы в условиях приазовской зоны Ростовской области по многолетним данным приходится на третью декаду марта.
При проведении наших исследований начало весенней вегетации озимой пшеницы в 2002 г. отмечено 26 февраля, в 2003 г. - 31 марта и в 2004 г. — 19 марта, т.е. в 2002 г. возобновление вегетации растений началось почти на месяц раньше, в 2003 и 2004 гг. практически совпадало с многолетними датами возобновления весенней вегетации озимой пшеницы в приазовской зоне Ростовской области.
В среднем за годы исследований продолжительность весеннего кущения, а следовательно и наступление фазы выхода в трубку, по вариантам опыта наблюдалось через 34-39 дней (табл. 14). Таким образом, продолжительность фазы кущения (с учетом осеннего и весеннего кущения) по изучаемым вариантам составила 73-81 день.
Следует отметить, что в 2003 г. период весеннего кущения был очень коротким — всего 19-22 дня, что очень отрицательно отразилось на закладке основных генеративных органов озимой пшеницы.
Продолжительность периода возобновление весенней вегетации-выход в трубку по годам и по изучаемым вариантам составлял от 19-22 дней в 2003 г. до 34-40 дней в 2004 г. Такие различия в продолжительности весеннего кущения и наступлении фазы выхода в трубку были обусловлены, прежде всего, температурным режимом в этот период вегетации растений озимой пшеницы. Так, с началом весенней вегетации при среднесуточных температурах воздуха от 6,8 до 10,4С при незначительном выпадении осадков (20,1 мм) в 2003 г. фаза выход в трубку наступила через 19-22 дня, а в 2004 г. при тех же значениях среднесуточных температур воздуха (+6,9С), что и в 2003 г., продолжительность периода от начала весенней вегетации дол выхода в трубку по вариантам опыта оказалась более продолжительной - 34-40 дней. Объясняется это сменой аномально высоких среднесуточных температур воздуха в начальный период весенней вегетации (12,8-13,1 С) на пониженные в середине этого периода (до -4,5С). При таких температурах воздуха наблюдалось временное прекращение вегетации растений озимой пшеницы, вследствие чего произошло увеличение продолжительности периода возобновления весенней вегетации-выход в трубку.
Нами также отмечено, что применение азотной подкормки N4o в фазу весеннего кущения в среднем за годы исследований в одновидовом посеве привело к увеличению периода весеннего кущения на 2 дня по сравнению с контролем. В бинарном посеве заметного удлинения периода кущения растений нами не отмечено, но интенсивность развития растений озимой вики при проведении азотной подкормки наблюдалась, что, по нашему мнению, и обеспечило продление периода кущения озимой пшеницы в бинарном посеве без внесения минеральных удобрений.
Применение гербицида 2,4ДА в фазу кущения по всем вариантам опыта в среднем за годы исследований ускорило наступление фазы выход в трубку на 2-3 дня. Однако это наблюдалось не во все годы. Так, в 2004 г. после обработки посевов озимой пшеницы гербицидом 2,4ДА фаза выхода в трубку у растений наступила на 2-3 дня позже по сравнению с вариантами, где гербициды в эту фазу не применялись.
При обработке бинарных посевов гербицидом 2,4ДА растения озимой вики находились в фазе весеннего ветвления, имея в среднем 4,5-5 побегов, высота растений была 14-15 см (табл. 15).
