Содержание к диссертации
Введение
1. Основные направления биологизации растениеводства при выращивании полевых культур 7
1.1 Основная обработка почвы в условиях биологизации земледелия 7
1.2. Применение удобрений при биологизации растениеводства 15
1.3. Структура посевов в связи с биологизацией 24
1.4. Роль сорта в условиях биологизации 30
1.5. Влияние биорегуляторов роста на зерновые культуры 38
Экспериментальная часть
2. Место, условия, программа и методика проведения исследований ...47
2.1. Место проведения исследований 47
2.2. Метеорологические и почвенные условия 48
2.3. Программа и методика исследований на стационарном полевом опыте .54
2.4. Характеристика сортов исследуемых культур 59
3. Основные звенья биологизации растениеводства на юго-западе России
3.1. Эффективность приемов основной обработки почвы 64
3.1.1. Структура посевов - ячменя, кормовых бобов и гречихи 67
3.1.2. Фотосинтетическая деятельность посевов в связи с технологиями выращивания зерновых культур и гречихи в условиях биологизации 71
3.1.3. Урожайность в связи со способами основной обработки почвы 78
3.2. Совершенствование систем использования удобрений в условиях биологизации 83
3.2.1. Структура посевов в связи с использованием удобрений 85
3.2.2. Фотосинтетическая деятельность посевов 88
3.2.3 Урожайность при разных системах удобрения 93
3.2.4. Минеральный состав зерна и семян 97
З.З. Нормы высева яровых зерновых культур и принципы программирования их урожайности в условиях биологизации 102
3.3.1. Изменения в минеральном составе зерна ячменя и овса при разных нормах высева 103
3.3.2. Программирование урожайности ячменя и овса в условиях биологиза-ции 107
3.4. Сорт как элемент биологизации 109
3.4.1. Результаты сортоиспытания ячменя и овса
в условиях биологизации 109
3.4.2. Предложения по совершенствованию системы Государственного сортоиспытания 113
3.5. Использование биостимулятора роста гумистим и его влияние на урожайность с- х. культур 114
4. Энергетическая и экономическая эффективность выращивания зерновых культур в условиях биологизации 121
4.1 Энергетическая эффективность технологий возделывания зерновых культур в зависимости от уровня применения средств химизации и систем обработки почвы 121
4.2. Экономическая эффективность технологий возделывания зерновых культур в зависимости от уровня применения средств химизации и систем обработки почвы 125
Выводы 128
Предложение производству 131
Литература 132
Приложения 158
- Применение удобрений при биологизации растениеводства
- Программа и методика исследований на стационарном полевом опыте
- Нормы высева яровых зерновых культур и принципы программирования их урожайности в условиях биологизации
- Экономическая эффективность технологий возделывания зерновых культур в зависимости от уровня применения средств химизации и систем обработки почвы
Введение к работе
Актуальность темы. На современном этапе растениеводство развивается по трем направлениям: первое - с интенсивным использованием средств химизации (страны Западной Европы, Китай, Япония, США и др.); второе -без применения промышленных средств химизации (биологическое, экологическое, органическое, биодинамическое, и др., в тех же странах, но на незначительных площадях в 1,0-2,5%); третье - с- максимальным применением местных органических удобрений, севооборотов, выращивания бобовых растений и минимальном использовании дорогих средств химизации, в основном, ограничиваясь ситуациями, когда без последних обойтись нельзя (большинство стран мира, не исключая и Россию). Первое направление является вынужденным для стран с малыми площадями пашни и высокой плотностью населения, оно не является экологически безопасным, о чем свидетельствует опыт ряда стран. Второе направление зародилось альтернативным первому, оно экологически безопасно, но ведет к резкому почти в два раза снижению урожайности. Третье направление, прежде всего, применимо в странах с большими площадями пашни и малой плотностью населения. Это направление перспективно для большинства регионов России и в последние годы оно разрабатывается в качестве биологического растениеводства. Исследования в этом направлении в Брянской государственной сельскохозяйственной академии выполняются с 1983 года, а результаты исследования по данной проблематике является лишь частью работы.
Цель исследований. Целью наших исследований являлась разработка технологических параметров с минимально возможной экономией энергетических и материальных ресурсов для получения урожайности яровых зерновых культур 35-40 ц/га и гречихи - 18-20 ц/га зерна.
Задачи исследований:
Исследовать действие технологических приемов на структуру посевов;
дать оценку воздействия умеренных норм использования минеральных удобрений, способов основной обработки и норм посева на фотосинтетическую деятельность посевов;
определить параметры для программирования урожаев в условиях биологизации;
выявить роль сорта в условиях биологизации;
определить роль гумистима в технологиях возделывания зерновых культур, как биологического фактора;
рассчитать энергетическую и экономическую оценку технологических параметров для яровых зерновых культур в условиях биологизации растениеводства;
разработать основные звенья технологий возделывания ячменя и кормовых бобов в условиях биологизации.
Практическое значение исследований в избранном направлении состоит в обосновании возможностей возделывания зерновых культур и гречихи по технологиям при использовании средств химизации в умеренных оптимальных нормах на фоне вспашки с рекомендуемыми нормами высева с сортами разной степени интенсивности. Основные положения работы апробированы в растениеводстве УОХ «Кокино» Брянской ГСХА и СХП «Красный Рог» Почепского района Брянской области.
Личный вклад автора состоит в выборе культур для полевых экспериментов, разработке программы исследований и её осуществлению, сбору экспериментальных данных, проведению лабораторных анализов и выполнению статистической обработки данных экспериментов.
Основные положения, выносимые на защиту:
оценка способов основной обработки почвы и обоснование приоритетности вспашки на 23-25 см.
целесообразность возделывания в условиях биологизации ячменя, кормовых бобов по технологиям с ограниченным использованием средств химизации;
предложения по изменениям в сортоиспытании зерновых культур в связи с биологизацией их возделывания;
целесообразность применения гумистима в технологических схемах;
технологии выращивания ячменя, кормовых бобов и гречихи в условиях биологизации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно- практических конференциях «Агроэкологические аспекты устойчивого развития АПК» в 2007 и 2008 годах, проводимых в Брянской государственной сельскохозяйственной академии.
Публикации. По результатам полевых экспериментальных исследований опубликовано 5 работ, одна из них в рецензируемых журналах по списку ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, предложений производству, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 157 страницах компьютерного текста, включает 45 таблиц, 11 рисунков. Библиографический список содержит 279 наименований, в том числе 18 на иностранных языках.
Применение удобрений при биологизации растениеводства
Являясь высокоэффективным средством повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, удобрение в определенных условиях может воздействовать на почву и как фактор, снижающий ее плодородие. Последнее происходит в большинстве случаев при несбалансированном поступлении в почву питательных веществ, значительная часть которых не используется на формирование урожая, а накапливается в почве в значительном количестве, вызывая проявление различного рода нежелательных экологических последствий (Никитишен, Дмитракова, Заборин и др., 1997).
Рациональное использование удобрений должно компенсировать недостаток питательных для растений элементов в тех случаях, когда отсутствует возможность создать соответствующий уровень плодородия агротехническим и биологическим путем.
Для повышения эффективности использования минеральных удобрений важна агротехника. Засоренность полей, низкое качество семян, плохая обработка почвы могут свести на нет действие удобрений (Уркинбаев, 1988).
Под действием минеральных удобрений в пахотном слое почвы увеличивается содержание подвижных форм- азота, фосфора и калия, что обеспечивает возможность увеличить естественную продуктивность почв и поднять урожайность культур (Щербаков и др., 1983, 1990).
В свою очередь Радченко с соавторами (2003) утверждает, что минеральные удобрения увеличивают содержание в почве подвижного фосфора, нитратного азота и обменного калия лишь в начале вегетации культур. В дальнейшем содержание вышеперечисленных элементов питания находится на уровне показаний естественною агрохимического фона.
В условиях биологизации нет необходимости полного отказа от использования промышленных туков, но при их применении следует руководствоваться следующими принципами:
- применять минеральные удобрения в умеренных нормах (Мальцев, 1971; Лесогорова, 1975; Созинов, 1976; Полухин, 1978; Минеев, Павлов, 1981; Павлов, 1984; Семенова, 1984; Зайцева, 1985; Бельков, 1987; Анникст, Тюруканов, 1995; Кузьмина, Малокостова, Малород, 1997; Мальцев, Каю-мов, Просянников и др., 2002), при определении которых следует пользоваться нормативами затрат;
- использовать минеральные туки по фонам максимального внесения органических удобрений в рамках севооборотов;
- минеральные удобрения необходимо вносить локальным способом с целью повышения коэффициента использования питательных веществ, что предотвращает загрязнение окружающей среды путем вымывания;
- возделывать промежуточные кормовые и сидеральные культуры;
- использовать дробное применение минеральных удобрений (Мальцев, Каюмов, Просянников и др., 2002). f
Причиной низкой эффективности минеральных туков является, прежде всего, их плохое хранение, отсутствие в хозяйствах технологических линий по подготовке туков, разбрасывание их вместо качественного локального внесения (Мальцев, 1992).
Роль каждого вида удобрений и их сочетаний в формировании качества зерна разная. Азотные удобрения в высоких нормах, обеспечивая повышение общей урожайности, не способствуют образованию высококачественного зерна. Повышение кущения при этом ведет к усилению разнокачественности зерна, к снижению массы 1000 зерен и силы начального роста, снижается устойчивость к поражению зерна болезнями. Фосфорные удобрения положительно влияют на семенную продуктивность, а также на посевные качества и урожайные свойства зерна, повышают устойчивость растений к неблагоприятным факторам и болезням, ускоряют созревание зерна. Калийные удобрения повышают устойчивость растений к полеганию, способствуют образованию в зерне крахмала и улучшению посевных качеств (Федотов, Коломейченко и др., 1998).
В опытах Брянской ГСХА урожайность ячменя при умеренном применении средств химизации составила 53,9 ц/га в среднем за 1983-2000 гг., а по биологическим технологиям - 38,7 ц/га, а у овса — 40,7 и 35,4 ц/га соответственно. Сбор протеинау ячменя на биологической технологии повышался на 67 кг/га по сравнению с умеренной, а на овсе понижался на 124 кг/га.
А.А. Ничипорович (1988) также говорит, что избыточное применение азотных удобрений может играть отрицательную роль, в частности, ослаблять азотфиксирующую активность азотфиксаторов:
Биологический азот безвреден для человека и окружающей среды, требует небольших затрат энергии на активизацию микроорганизмов, осуществляющих азотфиксацию, в то время как при производстве минерального азота требуется затрачивать огромное количество энергетических ресурсов (Ру-линская, Осмоловский, 2000).
Вопрос о применении азотных удобрений под зернобобовые - наиболее сложный и до настоящего времени спорный. В целом по этому вопросу выделяются три точки зрения. Первая - зернобобовым культурам минеральный азот не нужен, так как в симбиозе с клубеньковыми бактериями, растения полностью обеспечивают себя азотом за счет фиксации его из воз духа.. Проводимые опыты отечественными и немецкими учеными в,различных почвен-но-климатических зонах страны показали, что при благоприятных условиях кормовые бобы могут формировать высокий урожай без внесения азотных удобрений. Добавление небольших доз азота к фосфорно-калийным удобрениям не дает заметного эффекта. При внесении полного минерального удобрения урожай практически не отличался от полученного на фоне только фосфорно-калийных удобрений (Сопер, 1962; Гулякин, Гукова, Моргунина, 1963; Неклюдов, 1964; Попов, 1967; Попов, 1970; Бирюков, 1970; Вильдфлуш, Игнатенко, 1970; Ничипорович, Тхынок, Андреева, 1972; Трепачев, Атраш-кова, Хабарова, 1973; Вавилов, Посыпанов, 1978; Патыка, 1989; Зубрицкий, Копуловский, Варич, 1996).
Эффективность внесения азотных удобрений под кормовые бобы поданным Л. П. Новиковой проявлялась только в годы с холодными и дождливыми веснами (Новикова, 1968). При теплой погоде почва достаточно обеспечена влагой, минеральный азот снижает урожай и качество семян кормовых бобов: Также, многие ученые отмечают, при полном питании кормовых бобов минеральным азотом уменьшается образование Сахаров в корнях, что существенно замедляет развитие симбиотических взаимоотношений растениях клубеньковыми бактериями. Это продолжается до тех пор, пока полностью не будет использован минеральный азот почвы (Морнауза, 1969; Гуко-ва, 1975).
Вторая — необходимы "стартовые" дозы азота, то есть допускается участие азота минеральных удобрений в формировании урожая зернобобовых до начала азотфиксации (Синицын, 1989; Ошеров, Немцов, 1962). Применение «стартовых» доз азота (45 кг/га), так как в первые дни развития, когда клубеньки на корнях еще не образовались, растения кормовых бобов используют минеральный азот в целях развития большей листовой поверхности растений для лучшего снабжения клубеньков углеводами. В опытах В. Е. Шевчука внесение удобрений в дозах 30; 60; 90; 120 кг/га азота отрицательного влияния на образования клубеньков на корнях кормовых бобов не оказало, но урожай бобов увеличился только при внесении 30 и 60 кг/га (Шевчук, 1977).
Программа и методика исследований на стационарном полевом опыте
Многолетний полевой стационарный опыт заложен на основе системного подхода, так как при проведении исследований в растениеводстве мы имеем дело со сложными динамическими системами, включающими почву — растения - окружающую среду. В этом опыте проводится совершенствование технологий возделывания, сельскохозяйственных культур, втом числе ярового ячменя Эльф, овса Козырь, кормовых бобов Мария, гречихи Дикуль базирующееся на основных принципах (Мальцев, 1992, 1995).
Закладка полевых опытов производилась по схемам представленных в таблицах 3-6.
Примечания: Н - навоз (последействие), ЗУ - зеленое удобрение (последействие), С - солома (последействие), П - пестициды, Пу - ограниченное использование пестицидов.
Схема полевого опыта включала изучение трех способов основной обработки почвы, разные уровни применения минеральных удобрения и пестицидов, а также регуляторов роста. Она представлена 12 вариантами технологий. Полевые опыты проводились на делянках размером (22,0 X 10,8 м) 237,6 м (учетная площадь делянки 200 м ). Минеральные удобрения вносились в виде азофоски с соотношением N : P2Os : К20 = 16:16:16,а под кормовые бо 56
бы использовался аммофос с соотношением N : Рг05 : К20 = 1:2,2:2,2. В качестве основной обработки почвы: применялись вспашка на 22 3 см; безотг вальное рыхление на 22-23 см и дискование на 8-10 см и традиционная для зоны предпосевная обработка почвы культиватором КПС-4 на 10-12 см и комплексным агрегатом РВК-3,0 на 5-6 см. Внесение минеральных удобрений с осени проводили поделяночно, локально сеялкой СЗ-3,6 в соответствии со схемой опыта: Посев проводили сеялками СП — 16 и ЄЗТ-3,6. Уборку урожая проводили однофазным способом комбайном «Сампо-500» и «Сампо-130». (Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Москва, 1989).
Примечания: Н — навоз (последействие), ЗУ — зеленое удобрение (последействие), С - солома (последействие), П — пестициды, Пу - ограниченное использование пестицидов.
Образцы зерна отбирались по культурам и сортам на Выгоничском государственном сортоиспытательном участке, расположенном в п. Кокино, и с многолетнего стационарного опыта. Пивоваренные качества зерна ячменя - в ВНИИ пивоваренной промышленности и минеральный состав зерна по содержанию 62 элементов изучался во Всероссийском НИИ минерального сырья имени М.Н. Федоровского (аналитический сертификационный центр Министерства ресурсов РФ) с использованием масс-спектрального и атомно-эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой методов (AES, М). Часть образцов почвы и зерна анализировалась в лаборатории Брянского центра Агрохимрадиологии.
Нормы высева яровых зерновых культур и принципы программирования их урожайности в условиях биологизации
Прежде, чем начать изложение этой проблемы на основе экспериментального материала следуют обратиться к результатам исследований, которые получены при проведении полевых опытов в предыдущие годы на нашем стационарном полевом опыте. На кафедре растениеводства и общего земледелия изучение эффективности норм высева проводили СВ. Улитенко (1997), М.М. Нечаев (1999) М.П. Наумова (2000), В.П. Лямцев (1999), М.А. Кашеваров (2000), С.А. Бельченко (2000)и А.С. Юдин (2000). Не вдаваясь в подробности, следует отметить, что по всем изучаемым культурам получены очень близкие результаты, которые можно изложить в следующих показаниях:
во-первых, с высокой степенью окультуренности конкурентная способность яровых и озимых зерновых культур по отношению к сорным расте-ниям за факторы жизни не снижается;
во-вторых, на разреженных посевах растения зерновых лучше кустятся, выше их сохранность и выживаемость;
в-третьих, высокий уровень урожайности на посевах с пониженными нормами высева формируется за счет более высокой озерненности генеративных органов зерновых, массы 1000 семян, массы зерна- с одного колоса или метёлки, несомненно, значительную роль при этом играла высокая продуктивная кустистость растений;
в-четвёртых, особо-следует подчеркнуть, что сохраняется обратная зависимость между фономпитания и густотой стояния растений (нормой высева), а именно, чем ниже уровень питания, тем с большими нормами следует высевать зерновые культуры;
в-пятых, в условиях биологизации без риска значительного снижения урожайности зерновые культуры нужно высевать,с оптимальными рекомендуемыми нормами.
Качество зерна на разных нормах высева примерно одинаковое, различия имеются лишь по некоторым показателям. На нормах 2,5-3,0 млн. всхожих семян на 1 га снижается масса 1000 зерен, несколько падают всхожесть и выравненно сть, отмечается некоторое снижение содержания в зерне сырого протеина, но увеличивается количество крахмала и ряда зольных веществ.
Ниже мы приведем новые экспериментальные данные по минеральному составу зерна в связи с изменяющимися нормами высева.
Прежде всего, применительно к зерну ячменя Эльф существенные различия по содержанию макроэлементов наблюдаются в зависимости от технологии возделывания (табл. 30).
На биологической технологии (Н+ЗУ+С) в зерне ячменя большее количество фосфора, калия, кальция, магния, натрия, и серы, то есть практическивсех исследуемых элементов. Это обстоятельство можно объяснить тем, что за 24 года проведения опыта почва в меньшей степени истощилась, так как на этом фоне был меньше вынос указанных элементов. Они в большей степени потреблялись растениями ячменя. Кроме того, на фоне ((NPK)i2o+3y+C+n) была значительно выше урожайность ячменя. В-конечном итоге сказался и эффект ростового разбавления.
Различия в содержании макроэлементов были значительно меньше и носили случайный характер, никаких закономерностей не проявилось. При снижении норм высева несколько увеличивалось количество в зерне фосфора, кальция, натрия на обоих технологиях.
Относительно микроэлементов отмечается несколько иная картина. На биологическом фоне достоверно больше содержится в зерне ячменя меди, ванадия и цинка, и меньше все других изучаемых микроэлементов (табл. 31).
Изменения нормы высева в сторону уменьшения способствует обогащению зерна молибденом, бором, цинком. Содержание всех других микроэлементов снижалось. Такие изменения вероятно происходили по причине увеличения площади питания растений, вызывающей высокую общую кустистость растений и разнокачественность побегов.
Результаты анализов зерна овса с разных вариантов технологий выращивания дают основания считать, что минеральный состав его неодинаков. На биологической технологии в зерне отмечается лишь достоверное повышение магния и натрия. По остальным макроэлементам преимущества на стороне (ЫРК)]20+ЗУ+С+П (табл. 32).
Влияние изменяющихся норм высева на«содержание макроэлементов зерне овса еще менее выраженное. При снижении норм на фоне (NPK)i2o+3y+C+n в нем увеличивается лишь количество фосфора и кальция. На биологическом фоне - фосфора, кальция, натрия и серы.
Таким образом, минеральный состав растений овса несколько более стабильный, чем ячменя (макроэлементов).
Микроэлементарный состав зерна овса Козырь имеет свои особенности, связанные с его биологией. В нем значительно большее количество марганца, ванадия и цинка (табл. 33).
Имеются значительные разницы по технологиям. На биологической технологии в зерне овса содержится больше молибдена, марганца и цинка, но меньше - всех других микроэлементов.
Изменяющиеся нормы высева в составе технологий на процесс накопления в зерне микроэлементов влияли слабо. На фоне (NPK)i2o+3y+C+n увеличивалось лишь количество молибдена и меди, а на биологическом - молибдена, кобальта, марганца и цинка.
Экономическая эффективность технологий возделывания зерновых культур в зависимости от уровня применения средств химизации и систем обработки почвы
Расчет экономической эффективности выполнен на основе типовых технологических карт, а также исходя из фактического уровня цен на материально-технические ресурсы и сельскохозяйственную продукцию, сложившуюся за годы исследований.
Экономический анализ показывает (табл. 45), что возделывание ячменя, кормовых бобов и гречихи в условиях серых лесных почв юго-западной части Нечерноземной зоны РФ наиболее экономически рентабельно по биологическим технологиям и при использовании средств химизации в ограниченных количествах.
Проведенные нами исследования выполнены в условиях окультуренно-сти и содержанием Р2О5 и К О, а поэтому биологические технологии оказались в наиболее выгодном положении. Однако в вариантах технологий без использования средств химизации возможен рост засоренности посевов, что отмечается и в наших опытах. В связи с этим ориентир должен быть взят на технологии с умеренным применением минеральных удобрений и гербицидов. Все это должно осуществляться в рамках севооборотов (лучше плодосменных) по последействию органических удобрений.
Анализ экономической эффективности технологий возделывания зерновых культур показал, что в современных условиях наибольшее количество затрат приходится на минеральные удобрения и пестициды ввиду их высокой стоимости. Вследствие этого встает важнейшая задача сокращения объемов их применения, но уменьшение должно быть компенсировано увеличением использования всех возможных видов органических удобрений: навоза, ком-постов, зеленого удобрения и соломы. Это объясняется не только экономической целесообразностью, но и экологической необходимостью - уменьшением загрязнения окружающей среды и растениеводческой продукции.
1. Наиболее оптимальные значения показателей структуры и фотосинтетической деятельности посевов ячменя, кормовых бобов и гречихи (густота растений, полевая всхожесть, выживаемость, сохранность растений фотосинтетический потенциал и продуктивность фотосинтеза) складываются на фоне вспашки на глубину 23-25 см. Если учесть еще более благоприятные фитоса-нитарные условия, то преимущества её неоспоримы. Этот прием основной обработки в наибольшей степени подходит для условий биологизации.
2. Ячмень Эльф на фоне умеренных норм минеральных удобрений (]МРК)бо по последействию органических удобрений в севообороте и отвальной обработке почвы обеспечивает сбор зерна с 1 га 36,2 ц, а на биологической технологии - 25,0ц. На окультуренной лесной почве под кормовые бобы и гречиху можно применять и безотвальное глубокое рыхление на 23-25 см без снижения урожайности этих культур.
3. Минеральные удобрения по последействию органических (навоза, зеленого удобрения, соломы) в севообороте способствуют лучшему сохранению растений ячменя, кормовых бобов, гречихи к концу вегетации, о чем можно судить по величине показателей густоты растений перед уборкой, выживаемости и их сохранности.
4. Внесение минеральных удобрений в севообороте под изучаемые культуры по последействию Н+ЗУ+С способствует увеличению ассимиляционной площади листьев и фотосинтетического потенциала посевов, но чистая продуктивность фотосинтеза и выход зерна на 1000 единиц потенциала при этом снижаются.
5. Высокие прибавки урожайности зерна ячменя получены на фоне (NPK)60+H+3y+C+ny (11,2 ц/га), гречихи - (7чПРК)90+ЗУ+С+П (3,6 ц/га), что свидетельствует о перспективности этих культур для условий биологизации. Несомненно перспективны для этих целей и кормовые бобы. На серых лесных окультуренных почвах они слабо реагируют на внесение минеральных
Похожие диссертации на Технологическое обоснование элементов биологизации растениеводства на юго-западе Центрального региона России
