Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Краткий обзор литературных источников . 6
1.І. Роль севооборота в повышении плодородия почвы . 6
1.2 Роль пожнивно-корневых остатков в восстановлении почвенного плодородия. 10
1.3.Физические свойства почвы и влагообеспеченность растений в севообороте. 15
1 4.Зависимость биологической активности почв от состава культур в севообороте, 23
1.5.Влияние севооборота на засоренность и фитосанитарное состояние посевов. 28
Глава 2. Биоклиматический потенциал продуктивности (БКП) озимого тритикале . 36
2.1. Приход фотосинтетически активной радиации (ФАР)и урожайность озимого тритикале . 36
2.2. Влагообеспеченность и продуктивность тритикале. 41
2.3. БКП и урожайность озимого тритикале. 43
Глава 3. Условия и методика проведения исследований. 47
3.1. Цель задачи исследований. 47
3.2. Схема опыта, и методика проведения исследований. 47
3.3. Условия проведения исследования. 52
3.3.1. Почвенные условия. 52
3.3.2. Афометеорологические условия в годы проведения опытов. 54
3.3.3. Агротехника возделывания озимого тритикале в опыте. 65
Глава 4. Влияние предшественников на свойства почвы и фитосанитарное состояние посевов озимого тритикале . 68
4.1 . Агрофизические свойства почвы . 68
4.2.Влагообеспеченность культур. 74
4.3.Агрохимические свойства почвы. 77
4.4.Поступление растительных остатков в почву в зависимости от предшественников. 81
4.5.Биологическая активность почвы 83
4.6.3асоренность и фитосанитарное состояние посевов. 86
Глава 5. Влияние предшественников на рост и развитие озимого тритикале . 91
5.1.Густота стояния растений, полевая всхожесть, перезимовка и сохранность растений к уборке. 91
5.2.Динамика нарастания зеленой массы тритикале в зависимости от предшественников. 95
5.3.Фотосинтетическая деятельность растений тритикале. 97
Глава 6. Структура урожая и урожайность озимого тритикале в зависимости от предшественников . 101
6.1. Структура урожая озимого тритикале 101
6.2.Урожайность озимого тритикале в зависимости от
предшественников 104
Глава 7.Экономическая и энергетическая оценка. 106
Выводы. 109
Предложения производству. 111
Список литературных источников. 112
Приложения. 132
- Роль севооборота в повышении плодородия почвы
- Приход фотосинтетически активной радиации (ФАР)и урожайность озимого тритикале
- Афометеорологические условия в годы проведения опытов.
- Агрофизические свойства почвы
Введение к работе
В Московской области, характеризующейся нестабильными агрометеорологическими условиями, проблема повышения эффективности использования плодородия почв при возделывании озимого тритикале до настоящего времени полностью не решена, так как урожайность не соответствует затратам на её получение, а зерно не всегда характеризуется высокими качественными показателями. В связи с этим, изучение влияния предшественников, удобрений и приемов основной обработки почвы на повышение эффективности применяемых технологий возделывания озимого тритикале весьма актуально.
Исследования последних лет, проводимые в разных зонах показывают, что наиболее благоприятно влияют на продуктивность и плодородие почвы предшественники, оставляющие в почве повышенное количество органического вещества. Это особенно важно при дефиците органических удобрений, стабилизирует баланс гумуса и питательных элементов в почве.
Поскольку предшественники озимой пшеницы и озимой ржи изучались ранее, в настоящее время поставлена задача изучить предшественники под третью культуру - озимое тритикале.
Довольно молодая в эволюционном отношении, искусственно созданная человеком культура тритикале, благодаря интенсивной селекционной проработке, стала одной из наиболее продуктивных. Её продукция используется в пищевой и комбикормовой промышленности. В настоящее время тритикале возделывается более чем в 70 странах мира и по данным различных авторов занимает площади от 2 до 3 млн. га и имеет тенденцию к дальнейшему росту. Мировым лидером в селекции и по посевным площадям (1-1,5 млн.га) является Польша. Причем расширение площадей под новой культурой происходило за счет сокращения посевов озимой ржи, а затем и ячменя.
Однако в отличие от Польши и других западных стран, посевные площади тритикале в России невелики. Основными факторами
5 сдерживающими широкое распространение этой культуры, являются тяжелое экономическое положение сельского хозяйства, недостаточная изученность технологий переработки зерна в различных отраслях, отсутствие широкой рекламы. В то же время новые сорта должны создаваться с определенными заданными параметрами с учетом требований технологии производства продукции и реализации ее в условиях рынка.
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 и Научно-технической программы отдела земледелия НИИСХ ЦРНЗ- 01.Р01.Т.1- Земледелие, номер Государственной регистрации 01.822044744.
Исследования проводились в 2001-2004 гг. на кафедре общего земледелия, растениеводства, агрохимии и почвоведения Российского Аграрного Заочного Университета. Полевые исследования проводились на опытных полях отдела земледелия Научно-исследовательского института сельского хозяйства Центральных районов Нечернозёмной зоны.
Цель исследований заключалась в изучении влияния предшественников на повышение плодородия дерново-подзолистой средне-суглинистой почвы для получения высокой урожайности озимого тритикале, повышения интенсификации производства высококачественного зерна с низкими энергетическими затратами.
На защиту выносятся следующие положения:
- определение уровня теоретически возможного урожая озимого
тритикале по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР),
влагообеспеченности и биоклиматическому потенциалу (БКП);
определение уровня урожайности озимого тритикале в зависимости от предшественников.
определение оптимального предшественника озимого тритикале с энергетической и экономической оценки.
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь при постановке опытов, проведении исследований настоящей работы, научному руководителю Александру Михайловичу Жиляеву, сотрудникам кафедры Земледелия РГАЗУ и сотрудникам отдела Земледелия и аналитической лаборатории НИМСХ ЦРНЗ.
Роль севооборота в повышении плодородия почвы
Сохранение почвы и воспроизводство ее плодородия- главная задача научно обоснованной системы земледелия применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям и специализации хозяйства (С.А.Воробьев, 1982),
С.А.Воробьев (1996) пишет, что утверждение о том, что отказ от севооборота возможен при высоком уровне удобрений неправомерно. По обобщенным данным прибавка урожая озимой пшеницы на удобренном фоне от действия севооборота составила 1,54 т/га, без удобрений - 1,34т/га; озимой ржи соответственно 0,85 и 0,8 т/га; яровой пшеницы -0,64 и 0,63 т/га; гороха- 0,45 и 0,37 т/га.
Ведущее звено в этой системе - структура посевных площадей и севообороты, соответствующие производственному типу хозяйств. В настоящее время уже полностью признано, что плодосмен является законом земледелия (Д.М.Прянишников, 1945, 1965; В.Р.Вильямс, 1946; В.П.Нарциссов,1973, 1982; В.Д.Панников, 1982; С.А.Воробьев. 1983; В.П.Заикин, 1983).
Д.Н.Прянишников (1945) называет четыре различных группы причин положительного воздействия севооборота: - причины химического порядка, т.е. различия в химическом составе растений и в особенности потребления ими питательных веществ; - причины физического порядка, к ним относятся различия в состоянии почвы и её влажности после уборки различных культур; - причины биологического порядка- разное отношение культур к болезням, вредителям и сорным травам; - причины экономического порядка, т.е. различия в количестве и распределении во времени труда, которого требуют культуры, их разное значение для хозяйства.
С учетом почвенных условий в Нечерноземной зоне, важнейшая задача севооборотов - всемерное повышение плодородия почвы, которое определяется при определенных климатических условиях и зависит от многих свойств: физических, химических, биологических. На эти свойства большое влияние оказывают возделываемые растения и приёмы агротехники. Степень воздействия их изменяется с повышением культуры земледелия (С.А.Воробьев,1982).
Роль севооборотов не снижается с внедрением индустриальных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, в частности, с увеличением доз минеральных и органических удобрений и пестицидов. По широте воздействия на почвенные условия и, прежде всего на питательный, водный, воздушный режимы и агрофизические параметры севооборот не имеет себе равных среди технологических приемов в земледелии. Как отмечают ЬС.И.Саранин, В.К.Афанасьева (1991) роль научно-обоснованных севооборотов в повышении устойчивости и продуктивности земледелия незаменима и исторически подтверждена. Это обусловлено тем, что научно-обоснованное чередование сельскохозяйственных культур способствует сохранению благоприятных агрофизических свойств почвы, улучшению фитосанитарного состояния посевов (предупреждению распространения вредителей, болезней и сорняков) в полях севооборота (Г.И.Баздырев, 1983).
Многолетними полевыми исследованиями доказано, что хорошими предшественниками озимых культур в различных почвенно-климатических условиях являются многолетние бобовые травы, а также зернобобовые культуры (бобы, горох, чечевица), урожайность зерновых после которых возрастает более чем на 20% в первый год и на 12% во второй год (Glorio, 1989; Wright, 1990).
Многолетние травы. Чистые посевы многолетних бобовых трав (клевер, люцерна, эспарцет) или их смеси со злаковыми травами являются одними из лучших предшественников для большинства сельскохозяйственных культур. По данным многочисленных исследований многолетние травы поддерживают плодородие почвы биологическим путем, т.е. без внесения различных минеральных веществ. В исследованиях Ю.П.Манько (1987) в типичном для лесостепной зоны севообороте: клевер-озимая пшеница - кукуруза на зерно - горох - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень отмечается, что в первом звене урожайность повышается. При этом обращается внимание, что мелкая безотвальная обработка после клевера способствовала большему распространению сорняков и, в конечном счете, приводила к снижению урожайности озимой пшеницы.
Приемы направленные на устранение негативного влияния бессменного выращивания культуры, не могут заменить хорошего предшественника. Так, обеззараживание почвы для устранения почвоутомления от бессменных посевов не поднимало урожайность озимой ржи в повторных посевах до уровня ее урожайности в севообороте, как отмечают FLRoth, U.Obersuf, U.Wendland, (1984).
При бессменных посевах зерновых культур из-за недостатка азота ингибируется аммонификация и нитрификация, поэтому возделывание зерновых требует больше азота. Бессменное возделывание увеличивает кислотность почвы. Черный пар, узкие (парные) чередования снижали емкость поглощения. В севообороте поглотительная свойства почвы не ухудшались (М.И.Сидоров, 1987).
Приход фотосинтетически активной радиации (ФАР)и урожайность озимого тритикале
Еще в конце XIX века К.А.Тимирязев указывал, что « ... увеличение пищевых ресурсов зависит от того, насколько полным будет поглощение и максимальное использование солнечной энергии растением.)) Он писал, что солнечный луч «... не утилизированный в данный момент, он утрачивается: уже безвозвратно. Тогда станет понятно, что каждый луч солнца, не уловленный нами, а бесплодно отразившийся назад в мировое пространство - кусок хлеба, вырванный изо рта отдаленного потомка, а вместе с тем станет понятно, что владение землей не право только или привилегия, а тяжелая обязанность, грозящая ответственностью перед судом потомства» (Тимирязев К.А. Изб. Соч., т.1.-М.: Сельхозгиз., 1948.- С.138).
Этот тезис и в настоящее время является жизненно важным и решение проблемы повышения КПД ФАР, рациональное использование БКП и реализация потенциала сортов и гибридов является актуальным в агрономической науке. К разработке этой проблемы привлечены силы ученых и специалистов различных отраслей и учреждений Российской Академии Наук, Российской академии сельскохозяйственных наук, Академий наук стран СНГ. Эта проблема вылилась уже в Международную биологическую программу, задачей которой является достижение 2-х процентного уровня использования ФАР на всей территории суши Земли (Бондаренко Н.Ф., 1986; Зиганшин А.А., 1985; Шатилов И.С., Каюмов М.К., 1976; Лиспопад Г.Е. и др., 1975; Тооминг Х.Г., 1977; Ничепорович А.А., 1956; Устенко ГЛ., 1963; Шатилов И.С., Чудновский А.Ф., 1980; Каюмов М.К., 1991;).
Разработки этих ученых направлены на оптимизацию факторов почв и климата, как основы управления рациональным использованием БКП. В 1958 году его предложил П.И.Колосков для определения урожайной способности почвенно-климатических зон СССР. В 1967 году Д.И.Шашко усовершенствовал его с учетом поступающей солнечной радиации и коэффициента использования ФАР, определил баллы климата и по ним осуществил агроклиматические районирование территории России и стран СНГ.
В настоящее время БКП рассматривается в тесной зависимости с приходом ФАР, суммарным водопотреблением посевов, влагообеспеченностью почв, количеством выпадающих осадков, суммой температур и увлажненностью территории. Для перехода от баллов климата разработаны оценочные коэффициенты зерна; кормов; корне-клубне плодов, приходящиеся на один бал БКП. Пользуясь БКП рассчитаны коэффициенты расхода влаги на один градус Цельсия. С его помощью легко определяют поливные и оросительные нормы. Методика оценки почвенно-климатических ресурсов по: БКП описана в работе М:К.Каюмова (1991). По ней, нами проведена оценка урожайности озимого тритикале.
В основе оценки потенциальной урожайности лежит приход ФАР и КПД ФАР. По И.С. Шатилову (1973) эти.показатели используют как первый принцип программирования урожайности полевых; культур. Он широко используется: для; количественной; оценки теории получения: максимально возможной любой культуры и в практике агропромышленного комплекса для составления программы по управлению технологическими; процессами в целях достижения заданного графика накопления биомассы посева.
В работе М.К.Каюмова (1989) приведена теоретически возможная урожайность озимого тритикале для различных зон с приходом ФАР. Данные значительно различаются даже в одном регионе в зависимости от КПД ФАР. Например, в условиях Московской области усвоению 0,5% ФАР соответствует 12,3: ц/га зерна, 1% ФАР - 25,5 ц/га, 2% ФАР - 51,1 ц/га, 3% ФАР - 76,6 ц/га, 4% ФАР - 89;4 и 5% ФАР - 102,2 ц/га зерна. Отсюда следует, что каждая единица солнечной энергии по регионам оценивается по-разному. В этом и заключается различие климатических ресурсов по важнейшим факторам урожайности. В связи с этим возникла необходимость оценки продуктивности каждого региона по БКП. Потенциальная, или максимально возможная урожайность (У цу) озимого тритикале может быть рассчитана с: помощью математической модели продукционноrd процесса ( Тооминг Х.Г.; Кшомов М.К., 1989):
Афометеорологические условия в годы проведения опытов.
Погодные условия в течение вегетационного периодов были благоприятными для роста и развития растений. Динамика средних температур и количества осадков в течение; вегетационных периодов приведены на рис. 1-2 ( по данным агрометеостанции Немчиновка).
Весна 2001 г. была теплой, переход среднесуточной температуры воздуха через 0С к положительным значениям отмечен 10 марта. Снежный покров сошел с полей 12 апреля;.
Сев ранних яровых культур проводили в 5-6 дневке апреля. Условия для появления всходов ячменя были удовлетворительными. Несмотря на дефицит осадков, увлажнение почвы сохранялось. Май характеризовался неустойчивой и дождливой погодой. В течение последующих двух недель мая осадки выпадали ежедневно; Холодная и влажная погода в этот период угнетала растения, фотосинтез проходил слабо, в связи с чем в некоторых местах делянок листья имели желтоватую окраску. Сумма осадков за две декады составила 387% от нормы. У ячменя в третьей декаде мая отмечена фаза выход в трубку. Прохладная: погода удерживалась до 17 июня. Кущение ячменя началось 4 июня, колошение 30 июня. В период колошения высота растений ячменя составляла 46 см.
На протяжении всего июля удерживалась жаркая погода. Среднемесячная температура воздуха составила 23,2С, что несколько выше среднемноголетних значений. В середине июля у ячменя отмечена молочная спелость, а наступление восковой спелости отмечено 30 июля.
Осень 2001 г. характеризовалась умеренным температурным режимом с выпадением осадков в пределах нормы.
Сумма эффективных температур воздуха выше 5С с начала оптимальных сроков сева (25 августа) до прекращения вегетации ( 13 октября) составила 310,0С. Это на 50,2С выше средних многолетних значений. Сумма выпавших осадков за данный период составила 99,2 мм при норме 100,6 мм.
Посев озимого тритикале сорта Антей проведен 28 августа. Влагообеспеченность на полях под озимыми была хорошая. Запасы продуктивной влаги в пахотном слое составили 40 мм. Условия для прорастания семян были благоприятные. В конце первой декады сентября отмечены всходы. Во второй декаде сентября теплая погода и хорошая влагообеспеченность способствовали образованию третьего листа и узловых корней. В третьей декаде сентября озимое тритикале начало куститься.
Начало октября характеризовалось повышенным температурным режимом, что благоприятно сказалось на росте и развитии растений озимого тритикале. Прекращение вегетации у тритикале по температурному режиму наступило 13 октября. Растения ушли в зиму хорошо раскустившимися с развитой корневой системой. Переход от положительных температур к отрицательным был постепенным, что способствовало закалке растений.
В начале ноября растения озимого тритикале слабо вегетировали. А к концу ноября они уже находились в состоянии покоя под снежным покровом ( высота снега на 30 ноября составила 10 см ). Минимальная температура почвы на глубине залегания узла кущения была близка к 0С,
Погода декабря в основном была холодной. К концу первой декады при относительно невысоком снежном покрове и резком понижении температуры воздуха отмечено промерзание почвы до 13 см. Даже в самые холодные дни температура почвы на глубине 3 см не опускалась ниже —4 и опасность для зимующих культур не представляла.
Январь 2002 г. характеризовался холодной погодой. Температура воздуха опускалась до -29ДС, почвы до -34С. На полях залегал глубокий снежный покров { 1 декада - 37 см, 2 декада - 44 см).
При высоком снежном покрове наблюдалось оттаивание почвы снизу. Минимальная температура на глубине 3 см опускалась в январе до -5С, максимальная поднималась до 0С.
25 января на опыте были взяты монолиты озимого тритикале. Результаты отращивания показали, что гибели растений нет. Перезимовка озимого тритикале в первую половину зимы проходила благополучно.
В течение февраля удерживалась необычно теплая для данного периода погода. За месяц отмечено 24 дня с оттепелью. Самой теплой оказалась вторая декада. Среднедекадная температура воздуха за эту декаду была выше средних многолетних значений на 10С. Необычно теплая погода вызвала уплотнение и таяние снега. Степень покрытия окрестностей снегом на конец февраля составила 5 баллов, а высота не превышала 6 см. Промерзания почвы в течение первых двух недель не было, лишь в третьей декаде при отрицательной температуре и невысоком снежном покрове отмечено промерзание до 6 см. В двадцатых числах февраля на опытном участке также были взяты на отращивание пробы озимой тритикале сорта Антей. Результаты показали, что гибель в среднем составила 3%. Данный процент не превышает естественную гибель.
Агрофизические свойства почвы
Физические условия в почве играют решающую роль в жизни растений. Создание у различных типов почв окультуренного корнеобитаемого слоя с благоприятным вводно-воздушным и питательным режимом являются одним из решающих факторов повышения урожайности сельскохозяйственных культур. В процессе сельскохозяйственного использования пахотных земель агрофизические свойства почвы претерпевают глубокие изменения под воздействием орудий обработки, культур севооборота, биологических свойств возделываемых растений и др. В свою очередь сложение и строение пахотного слоя в значительной степени зависит от гранулометрического состава, плотности твердой фазы, содержания органического вещества и биологических особенностей возделываемых культур в агроценозе.
Вопросам физических свойств почв больше уделялось внимание при разработке систем обработки почвы и недостаточно при изучении севооборотов (И.Н.Третьяков, В.Н.Галицкий, 1963; И.Б.Ревут, 1972; В.А.Чернышев, 1972).
Плотность почвы. Одним из основных свойств почвы является ее плотность. Как определяет П.В.Вершин (1948), под плотностью понимают отношение сухой массы почвы к занимаемому объему, что идентично понятию объемной массы почвы. Плотность влияет на сцепление, плотность и связанная с ней пористость обуславливают подвижность и перемещение различных форм воды в почве, играют решающую роль в газообмене между почвой и атмосферой (П.А.Инкин, 1979; И.П.Васильев, А.М.Туликов, Г.И.Баздырев и др., 2004).
Проведенные нами наблюдения за плотностью почвы под тритикале в опытах показали, что по этому показателю условия произрастания растений были в основном были благоприятными (табл.9)
Установлено, что в фазе весеннего возобновления и начале выхода в трубку плотность была достаточной для роста и развития растений тритикале. Так, в 2002 г. плотность сложения по предшественникам изменялась в слое 0-10 см в фазу весеннего возобновления в пределах 1,23-1,32 г/см3, а в слое 10-20 см от 1,19-1,30 г/см3. К середине и концу вегетации наблюдалась тенденция к большему уплотнению почвы 1,38-1,47 г/см . Наименьшие значения этот показатель имел в начале вегетации, наибольшее в конце, т.е. происходило постепенное уплотнение почвы под тритикале к концу вегетационного периода. В 2003 г. плотность сложения в вариантах в фазу весеннего возобновления тритикале изменялась в слое 0-10 см в пределах 1,26-1,28 г/см , а в слое10-20см от 1,22-1,30 г/см , а к середине и концу вегетации также наблюдалась тенденция к большему уплотнению. Аналогичные данные получены и в 2004 г. В среднем за три года плотность под растениями тритикале в зависимости от предшественников и срока взятия образца колебалась незначительно. Так, в фазе весеннего отрастания она варьировала от 1,20-1,28 г/см , в фазе колошения 1,30-1,33 г/см , а к уборке от 1,33-1,37 г/см3.
Таким образом, состав предшественников не оказывал заметного влияния на показатели плотности почвы и она находилась, как правило в пределах благоприятных для возделывания озимого тритикале. Наиболее полные данные о плотности почвы представлены в приложении 1.
Твердость почвы. Для нормального роста и развития зерновых культур отрицательной является твердость выше 25-30 кг/см", причем с уменьшением влажности, увеличивается твердость почвы, создаются неблагоприятные условия для развития растений (А.И.Пупонин,1984). Ухудшение показателей твердости до пределов, не благоприятных для возделывания озимого тритикале, как правило происходит в фазу выхода в трубку, т.е. когда формирование корневой системы уже завершено. Повышение твердости именно в этот период можно в основном объяснить иссушением почвы вследствие потребления воды растениями и испарения влаги из почвы под воздействием природных факторов.
Проведенные исследования установили прямую связь между твердостью и плотностью почвы под растениями тритикале в зависимости от предшественников. Так, в 2002 г. фазу весеннего возобновления тритикале в слое 0-10 см твердость почвы в вариантах составляла 17,8-18,8 кг/см2, в фазу колошения- 21,5-23,4 кг/см , и в фазу созревания 24,3-28,1 кг/см . В слое 20-30 см ее показатели не снижались ниже 36,0 кг/см2 независимо от предшественников (табл. 10).
