Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 7
1.1 .Задачи обработки почвы 7
1.2. Развитие и современное состояние научных основ обработки почвы 10
1.3. Роль вспашки почвы 15
1.4. Минимализация обработки почвы 18
1.5. Особенности обработки почвы при использовании зеленых удобрений 23
Глава II. Почвенно-климатические ресурсы зоны и теоретическое обоснование урожайности озимой пшеницы 28
2.1. Почвенно-климатичсская характеристика зоны, района проведения опытов 28
2.2. Приход фотосинтетически активной радиации (ФАР) и урожайность озимой пшеницы 34
2.3. Влагообеспеченность и урожайность озимой пшеницы 39
2.4. Биоклиматический потенциал (БКП) и урожайность озимой пшеницы 41
Глава III. Цель, задачи, методика и условия проведения исследований 45
3.1. Цель и задачи исследований 45
3.2. Схема опыта и методика проведения исследований 46
3.3. Характеристика почвы опытного участка 49
3.4. Агрометеорологические условия проведения опытов 51
3.5.Агротехника возделывания озимом пшеницы в опыте 56
Глава IV. Результаты почвенных исследований 58
4.1. Влияние основной обработки на плотность почвы 58
4.2. Влияние основной обработки на биологическую активность почвы 61
4.3. Влияние основной обработки на влажность почвы и запас продуктивной влаги 65
Глава V. Влияние основной обработки сидерального пара на рост, развитие и урожайность озимой пшеницы 69
5.1. Густота всходов озимой пшеницы, ее перезимовка и сохранность растений к уборке 69
5.2. Фотосинтетическая деятельность растений озимой пшеницы 73
5.3. Засоренность посевов озимой пшеницы 76
5.4. Структура урожая озимой пшеницы 80
5.5. Урожайность и качество зерна озимой пшеницы 82 Глава VI. Экономическая и энергетическая эффективность приемов
основной обработки сидерального пара под озимую пшеницу 85
Выводы 90
Предложения производству 94
Список использованной литературы 95
Приложения 110
- Развитие и современное состояние научных основ обработки почвы
- Почвенно-климатичсская характеристика зоны, района проведения опытов
- Схема опыта и методика проведения исследований
- Густота всходов озимой пшеницы, ее перезимовка и сохранность растений к уборке
Введение к работе
Увеличение производства продовольствия - одна из главнейших проблем в нашей стране. Здесь уместно привести слова Дж. Синклера, сказанные еще в 1928 году: "... из всех политических принципов самый мудрый сводится к тому, что, если страна желает быть или постоянно счастливой в своих пределах, или пользоваться уважением за рубежом, она должна сделать себя независимой от всех других стран в отношении столь важного товара, как пища." Основой решения продовольственной проблемы в нашей стране является рациональное высокоэффективное использование земли.
Аграрные преобразования, начатые в стране в 1992 году, привели к тому, что большинство сельхозтоваропроизводителей сегодня находятся в глубоком экономическом кризисе. Высокая стоимость минеральных удобрений, снижение выхода навоза в результате значительного сокращения поголовья сельскохозяйственных животных вынуждают вести поиск дополнительных резервов пополнения органического вещества и элементов питания в почве, приемов предотвращения деградации почв и загрязнения, разрушения их от эрозии.
Упадок земледелия происходит несколько медленнее, чем других отраслей народного хозяйства главным образом потому, что мы имеем дело с особым средством производства - землей, плодородие которой частично может возобновляться не только от капитальных вложений на удобрения, но и естественным биологическим путем за счет плодосменных севооборотов, рациональной обработки почвы и пополнения почв органическим веществом.
Важным звеном в системе земледелия является обработка почвы. Катастрофическое снижение плодородия во многом объясняется нерациональным применением технологий обработки почвы, неэффективным использованием энергетических машин и агрегатов.
Основная обработка почвы является стержневым или решающим звеном в системе земледелия. Основная обработка почвы - это фундамент, на котором базируются все другие звенья системы земледелия как удобрения, семена, пестициды, машины для возделывания, ухода за посевами и уборки урожая. От способа, срока и качества основной обработки почвы зависит влагонакопление и защита почвы от эрозии, количество и состав сорняков, вредителей и болезней, качество проведения технологических операций по возделыванию всех культур.
В каждой почвенно-климатической зоне влияние отдельных агроприемов неодинаково. Поэтому, большое значение имеет изучение влияния агротехнических приемов на свойства почвы, рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур на отдельных почвенных разновидностях по зонам страны с учетом складывающегося водно-воздушного режима почвы.
Придавая большое значение обработке почвы, ее нельзя переоценивать, потому что она не может заменить другие мероприятия, которые имеют не меньшее значение в повышении плодородия почвы и урожайности возделываемых культур. Обработка почвы, как и любая производственная операция, пока ничем не может быть заменена, так как она не увеличивает запасы органических веществ и не возмещает мобилизацию питательных элементов в почве.
При дороговизне минеральных удобрений и отсутствии навоза существенным источником пополнения почвы органическим веществом становятся сидераты, применение которых требует высокой культуры земледелия, своевременной и качественной их заделки в почву, чтобы обеспечить качественный посев озимой пшеницы. Озимая пшеница, выращенная на сидеральном пару, не уступает урожаю зерна с чистого пара, удобренного навозом в дозе 40 т/га (А. В. Смык, 2000).
В сидеральном пару почва в период вегетации сидеральной культуры значительно иссушается. Подмечено, что недобор влаги в почве в сидеральном пару может сохраняться длительное время, вплоть до ухода всходов озимой пшеницы в зиму. Избежать этого можно за счет своевременной и качественной обработки почвы, ускорения минерализации сидератов.
Для обработки почвы требуются большие материальные затраты. Поэтому одной из важнейших задач земледелия является совершенствование приемов и систем обработки почвы применительно к зональным особенностям и отдельным культурам.
Сложившееся в сельскохозяйственном производстве положение (высокие цены на удобрения, технику, топливо и др. материалы) требует разработки новой концепции поддержания плодородия черноземных почв, которая гарантировала бы получение достаточного количества дешевой сельскохозяйственной продукции хорошего качества. В решении данной проблемы большая роль отводится обработке почвы, в особенности влагосберегающим и, одновременно, энергосберегающим способам обработки почвы под озимую пшеницу.
Наша работа посвящена изучению влияния способов основной обработки сидерального пара на урожайность и качество зерна озимой пшеницы в условиях Центрально-Черноземной Зоны России. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научных исследований Российского Государственного Аграрного Заочного Университета по заданию 06.01.01. Общее земледелие, номер Государственной регистрации - 01910042403.
На защиту выносятся следующие положения: теоретически возможная урожайность озимой пшеницы по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР), влагообеспеченности и биоклиматическому потенциалу (БКП); урожайность озимой пшеницы в зависимости от приемов основной обработки почвы в сидеральном пару; энергетическая и экономическая оценка приемов основной обработки сидерального пара под озимую пшеницу.
Развитие и современное состояние научных основ обработки почвы
Обработка почвы прошла большой путь развития. Еще в первобытном обществе при переходе от сбора плодов к постоянному возделыванию растений люди поняли, что последние лучше растут на обработанной, разрыхленной и свободной от сорняков почве, чем на необработанной.
Первыми орудиями обработки почвы были ручные укороченные орудия из костей крупных животных, камней, дерева и т.д. Эти орудия были косого удара, которые давали частичное подрезание и мелкое рыхление.
Переход от ручного труда к использованию животных в земледелии способствовал совершенствованию почвообрабатывающих орудий.
Появляются пахотные орудия в виде косуль, сох, сабанов и др. Первобытная мотыжная система обработки почвы постепенно сменялась сошной, а затем более усовершенствованной - плужной.
Значительный прогресс в обработке почвы вызвало появление в 1797 году железного плуга в Англии, а затем в Бельгии. В 1863 году немецкий крестьянин Рудольф Сакк применил для вспашки плуг с предплужником. По своей конструкции плуг соединял элементы двойной вспашки и был назван "культурным" плугом. С тех пор вспашка плугом с предплужником заслуженно стала называться культурной вспашкой.
Теоретические основы обработки почвы берут свое начало с 1880 года в работах Вольни. Значительный вклад в развитие научных основ обработки почвы внесли Д. И. Менделеев (1866), П. А. Костычев (1912, 1922), В. Р. Вильяме (1949), А. А. Измаильский (1949), В. В. Докучаев (1951), А. Т. Болотов (1952), Т.С.Мальцев (1955, 1985), И. А. Стебут (1957), А. Г. Дояренко (1963), А. И. Бараев (1966), С. А. Наумов (1970), ю В. П. Нарциссов (1976, 1982) и другие ученые.
Определяя задачи обработки почвы, П. А. Костычев (1886) писал: "Цель обработки почвы заключается, между прочим, и в том, чтобы изменить строение почвы, придать ей такое строение, которое для произрастания растений наиболее благоприятно". В своей работе "К вопросу об удобрении и обработке черноземных почв" (1886 г.) П. А. Костычевым была обоснована мелкая вспашка раннего пара в засушливые годы для более быстрого разложения дернины. Наоборот, на незадернелых почвах он рекомендовал глубокую зяблевую вспашку.
Развитие теории обработки почвы в первой половине XX века было направлено в основном на обоснование культурной вспашки плугом с предплужником и мощности пахотного слоя, основные положения которой сформулированы В. Р. Вильямсом (1939). Сущность их заключалась в том, что к концу вегетации однолетних растений верхний (0-10 см) слой почвы распыляется, утрачивает структуру под влиянием механического воздействия машин и орудий, физиологических и биохимических причин, а следовательно, ухудшается и его плодородие. Причиной этого служат аэробные условия в верхних слоях почвы, которые усиливают разложение гумуса. Распыленная почва затрудняет проникновение кислорода в нижние горизонты, и там устанавливаются анаэробные условия, обеспечивающие накопление гумуса и восстановление структуры почвы. Поэтому ежегодно нужно повторять вспашку, чтобы придать почве комковатую структуру.
Однако работами А. Н. Лебедянцева (1905), Л. Н. Барсуков (1952,1956) была установлена дифференциация почвы пахотного слоя по плодородию к концу вегетации растений с нарастанием его в верхнем (0-10 см) слое почвы и снижением в нижней части. С учетом этого были разработаны рекомендации по сочетанию отвальных и безотвальных обработок в севообороте.
Основы бесплужной обработки почвы нашли отражение в работе И. Е. Овсинского "Новая система земледелия" (1899). Он утверждал, что черноземная почва в естественном состоянии способна накопить достаточное количество воздуха, влаги. Для этого надо сохранить в ней капиллярность и не допустить иссушения.
Достигнуть этого можно, заменив вспашку мелким (5-6 см) рыхлением верхнего слоя почвы. Для этой цели использовали конные культиваторы с плоскорежущими рабочими органами.
Дальнейшее развитие теории бесплужной обработки почвы нашло свое отражение в работах Жана (1910) во Франции, Ф. Ахенбаха (1921) в Германии, Э. Фолкнера (1959) в США.
В 1943 году увидела свет работа Э. Фолкнера "Безумие пахаря", где автор признает плуг главной причиной возникновения ПЬІЛЬІНЇІХ бурь, при этом всесторонне была обоснована необходимость замены вспашки поверхностными обработками. "Нужно стараться получить, - писал он, - то состояние поверхности, которое мы видим в лесу или в поле, где плуг не коснулся почвы... Фактически все, что нужно сделать, если мы хотим иметь лучшее сельское хозяйство, - это вновь снабдить поверхностный слой почвы материалами гниения, остальное сделают естественные процессы". Для этого он рекомендовал использовать дисковую борону с глубиной обработки не более 7,5 см.
Почвенно-климатичсская характеристика зоны, района проведения опытов
Центрально-Черноземная зона России - это крупнейший земледельческий регион, в котором размещается пять областей: Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая и Тамбовская.
Большая часть территории (83,3 %) расположена в лесостепной зоне и меньшая (16,7 %) - в степной. Степная зона занимает юг Воронежской и юго-восток Белгородской областей. Благодаря наличию земель с высоким потенциалом плодородия, даже при недостаточном ресурсном обеспечении их, здесь на единицу площади производится значительное количество сельскохозяйственной продукции. Располагая 5,2 % населения от общей численности по Российской Федерации, 8,2 % пашни и 10,4 % сельскохозяйственных угодий от их общей площади в стране, в этом экономическом регионе получают 9,8 % валовой продукции сельского хозяйства (Г. А. Романенко, Н. В. Комов, А. И. Тютюнников,1996), в том числе 11,7 % -зерна, 54,2% - сахарной свеклы, 15,9% - семян подсолнечника, 8,3%-картофеля и овощей.
Наряду с интенсивно развивающимся земледелием здесь развито животноводство с освоенными технологиями промышленного производства продукции этой отрасли.
Земельный фонд зоны - 16,8 млн га, в том числе сельскохозяйственных угодий - 13,3 млн га, из них пашни - 10,7, сенокосов - 0,43, пастбищ - 2,9 млн га. В структуре сельскохозяйственных угодий пашня занимает 80,6 %, сенокосы -3,2, пастбища - 14,9 % общей площади.
Из-за наличия здесь высокоплодородных земель уровень распаханности сельскохозяйственных угодий доведен до 80,6 % и является самым высоким в России, превосходя экологический норматив, равный 60 % (Г. А. Романенко, Н. В. Комов, А. И. Тютюнников,1996).
В целом в ЦЧЗ сельскохозяйственные угодья занимают 78,2 % общей территории, что почти в 6 раз превышает средний показатель по России. Пашня в структуре сельскохозяйственных угодий занимает 81,6 %, что почти в 1,5 раза выше, чем в среднем по стране. Для региона характерна высокая плотность сельского населения, которая в 6 раз выше, чем в среднем по стране. Наибольшая она в Курской и Белгородской областях: прирастание происходит за счет переселенцев из других регионов России.
Климат в основном континентальный. Коптиненталыюсть климата нарастает с северо-запада на юго-восток, при этом увеличиваются солнечная радиация, испаряемость, амплитуда колебаний температуры, уменьшается количество осадков, возрастает иссушение почв. Здесь продолжительное умеренно теплое лето и относительно мягкие зимы (табл. 1).
В отдельные годы в зонах лесостепи и степи могут усиливаться засушливые явления или резко изменяться температурный режим, уровень атмосферного увлажнения, количество осадков и др.
Климатические различия в ЦЧЗ наблюдаются как между отдельными административными единицами, так и внутри них.
В Белгородской области три агроклиматических района: северо-западный -наиболее влажный, центральный, в котором расположен Корочанскии район, и юго-восточный - более теплые, но наименее влажные. Область относительно теплая, сумма температур выше 10 С в ее юго-восточной части - 2650-2750 С, на остальной территории - 2475-2650 С. Вероятность влажных лет составляет 20-35 %, полузасушливых и засушливых - 30-40 %.
Схема опыта и методика проведения исследований
Исследования по обработке почвы проводились по следующей схеме. Схема опыта. 1. Вспашка на 20-22 см (контроль). 2. Вспашка на 25-27 см. 3. Вспашка на 20-22 см + чизелевание на 30-32 см. 4. Вспашка на 25-27 см + чизелевание на 35-37 см. 5. Вспашка на 25-27 см + чизелевание на 40-42 см. 6. Плоскорезная обработка на 35-37 см. 7. Плоскорезная обработка на 20-22 см, 8. Плоскорезная обработка на 25-27 см. 9. Плоскорезная обработка на 30-32 см. 10. Дискование на 8-10 см. 11. Дискование на 8-10 см + чизелевание на 35-37 см.
В опыте 11 вариантов. Повторность - четырехкратная. Делянки расположены двумя блоками в два яруса по два повторения в каждом блоке. Делянки имеют удлиненную прямоугольную форму. Общая площадь делянки -241 м , учетная площадь - 100 м . Боковые защитки каждой делянки по 1,2 м, торцевые по 6 м. Защитная полоса между блоками повторений - 15 м, а с остальных сторон по 10 м.
В опыте проводили следующие наблюдения, учеты и анализы.
1. Плотность сложения почвы определяли методом насыщения почвы в цилиндрах по слоям 0-10, 10-20, 20-30 см перед посевом, весной во время возобновления вегетации и перед уборкой озимой пшеницы (Б. А. Доспехов и др., 1977).
2. Биологическая активность почвы методом "аппликации", т. е. по разложению в почве льняной ткани в течение 40 дней (Б. А. Доспехов и др., 1977).
3. Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом. Почвенные пробы на влажность брали по слоям 0-10, 10-20, 20-30 см на двух несмежных повторениях каждого варианта в трехкратной повторности. Запасы продуктивной влаги в почве находили расчетным методом. 4. Фенологические наблюдения проводили по методике Госсортсети (1989).
5. Густоту стояния растений учитывали в 4-х кратной повторности на постоянных площадках 0,25 м в фазу полных всходов и перед уборкой урожая (по сноповому анализу). При первом подсчете определяли полевую всхожесть семян, при втором - выживаемость растений, перед уборкой - сохранность. Подсчет перезимовавших и погибших растений озимой пшеницы проводили на постоянных площадках 1 м на двух несмежных повторениях каждого варианта. Подсчет вели после того, как листья живых растений достаточно отрастут, а процесс отмирания поврежденных в зимне-осенний период растений в основном закончится, но остатки погибших растений хорошо бы сохранились. Процент перезимовавших растений определяли отношением числа живых растений к числу всех живых и мертвых. 6. Засоренность посевов определяли количественно-весовым методом (Б. А. Доспехов, 1977). Численность сорняков определяли непосредственным подсчетом их стеблей на выделенных площадках одновременно с учетом густоты стояния растений, а перед уборкой озимой пшеницы определяли воздушно-сухую массу сорняков. 7. Фотосинтетическую деятельность растений определяли по методике А. А. Ничипоровича и др. (1961). 8. Ежегодно перед закладкой опыта определяли агрохимические показатели почв. 9. Для характеристики структуры урожая служили растения, взятые с постоянных площадок всех повторений каждого варианта за 3-4 дня до уборки урожая. Анализ этих растений с целью определения показателей структуры урожая проводили по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (выпуск 1 и 2, 1989). 11. Учет урожая проводили методом сплошной поделяночной уборки комбайном ДОН - 1500 с последующим пересчетом урожая на 14 % влажность и 100 % чистоту зерна.
Густота всходов озимой пшеницы, ее перезимовка и сохранность растений к уборке
Фотосинтезом называют процесс образования органического вещества из неорганических веществ - углекислого газа и воды. Способностью выполнять функции фотосинтеза обладают лишь зеленые органы и ткани растений. Сочетание ассимиляции минеральных элементов из почвы с процессом фотосинтеза и создает материальную базу для формирования урожая растений (Б. А. Рубин, 1961).
В зависимости от интенсивности формирования листовой поверхности растениями озимой пшеницы создается общий биологический урожай, который определяется характеристиками фотосинтеза. Качественные характеристики или индекс основной продукции (зерно) во многом зависят от агрометеорологических условий периода вегетации.
Погодные условия вегетационного периода 2002 г. характеризовались повышенным температурным режимом с недобором осадков в летний период, но они были значительно лучше по сравнению с 2003-2004 гг.
В нашем опыте были проведены наблюдения за фотосинтетической деятельностью растений озимой пшеницы в зависимости от способов обработки сидерального пара и условий вегетационных периодов 2002-2004 гг., рассчитан фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза.
Значительная роль в формировании высокой урожайности озимой пшеницы принадлежит быстрому развитию листовой поверхности. В начале вегетации площадь листьев незначительная, лишь к фазе колошения достигает максимальных значений. Как показывают полученные в наших исследованиях результаты (табл. 15), средняя максимальная площадь листьев была на вариантах с дискованием на 8-10 см и плоскорезной обработкой на 20-22 см 26,28 - 26,35 тыс. м /га. Наименьшая площадь листьев была на варианте с вспашкой на 20-22 см - 24,9 тыс. м7га.
Фотосиитетический потенциал (ФП) показывает напряженность работы ассимилирующей поверхности листьев за период вегетации. По мере роста и развития растений озимой пшеницы он увеличивается и к концу вегетации достигал максимальных значений. Наиболее насыщенный ФП был на варианте с плоскорезной обработкой на 20-22 см и составил 2898,5 тыс. м7га дней. Наименьший ФП наблюдался на варианте с вспашкой на 20-22 см (2739,0 тыс. м /га дней).
Урожайность биомассы зависела от величины площади листьев. Наибольшие значения Уб,Ю;і отмечены в вариантах с дискованием на 8-10 см и дискованием на 8-Ю см + чизелевание на 35-37 см (114,4-114,8 ц/га), наименьшие-на варианте с плоскорезной обработкой на 35-37 см (108,4 ц/га).
Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) по фазам роста и развития озимой пшеницы в зависимости от вариантов обработок почвы изменялась незначительно и составила 3,81-4,04 г/м сутки. Максимальный показатель отмечен на варианте дискование 8-10 см + чизелевание 35-37 см (4,04 г/м сутки).
Продуктивность работы листьев (ПРЛ) - выход зерна (кг) па 1 тыс. ед. ФП. 15. Фитометрические показатели посевов озимой пшеницы (средние за 3 г.)
Вариант У биолэц/га тыс. м /га ФП,ты см "/га дней ЧПФ,г/м2 сутки ПРЛ,кг зерна на1 тыс ед. ФП 1 .Вспашка 20-22 см 109,2 24,90 2739,0 3,99 1,85 2.Вспашка 25-27 см 109,7 24,93 2742,3 4,00 1,86 3.Вспашка 20-22 см + чизелевание 30-32 см 108,8 25,23 2775,3 3,92 1,82 4.Вспашка 25-27 см 4-чизелевание 35-37 см 109,4 25,19 2770,9 3,95 1,84 5.Вспашка 25-27 см + чизелевание 40-42 см 108,8 25,91 2850,1 3,82 1,78 6.Плоскорезная обработка 35-37 см 108,4 25,83 2841,3 3,82 1,77 7.Плоскорезная обработка 20-22 см 112,9 26,35 2898,5 3,89 1,81 8.Плоскорезная обработка 25-27 см 109,7 26,15 2876,5 3,81 1,77 9.Плоскорезная обработка 30-32 см 110,9 25,97 2856,7 3,88 1,81 10.Дискование 8-10 см 114,8 26,28 2890,8 3,97 1,84 11.Дискование 8-10 см + чизелевание 35-37 см 114,4 25,73 2830,3 4,04 1,88 Наибольшая продуктивность работы листьев была на варианте дискование 8-10 см + чизелевание 35-37 см (1,88 кг зерна на 1 тыс. ед. ФП), а наименьшая — на вариантах с плоскорезной обработкой па 25-27 и 35 37 см (1,77 кг зерна на 1 тыс. ед. ФП).
Из всего вышеизложенного можно сделать заключение, что фотосинтетическая деятельность растений озимой пшеницы зависит как от погодных условий вегетационного периода, так и от способов основной обработки почвы.
Засоренность посевов озимом пшеницы
Мировой опыт возделывания озимой пшеницы свидетельствует о том, что среди факторов, определяющих урожайность и качество зерна, значимое место занимает защита растений от сорняков. Снижение продуктивности озимой пшеницы при средней и сильной засоренности полей достигает 30% и более (Л. М. Державин и др., 1985; И. П. Андреев и др., 1987; Blackshaw, 1993).
Большое количество исследований по определению влияния засоренности на урожайность сельскохозяйственных культур позволило установить, что потери, вызываемые сорняками, чрезвычайно вариабильны по годам и определяются: практикой ведения сельскохозяйственного производства (Marker ct al, 1993; Hume et al, 1991; Голованова, 1990), климатическими условиями периода вегетации (Lee, 1992; Ballere, 1993) и местными условиями (Chavel ct al., 1989; Andreasen et al., 1991; Streibig et al., 1989; Wrucke et al., 1985).
Сорняки не только снижают плодородие почвы за счет потребления влаги и питательных веществ, но и угнетают посевы, затеняя культурные растения (С. А. Воробьев и др., 1972; Г.С.Груздев, 1980).
