Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
1.1. Задачи обработки почвы 7
1.2. Влияние агроприёмов на физические свойства почвы 12
1.3. Влияние агроприёмов на агрохимические свойства почвы 21
1.4. Влияние агроприёмов на водные свойства почвы 27
1.5. Влияние агроприёмов на биологические свойства почвы 30
1.6. Влияние агроприёмов на тепловые свойства почвы 33
1.7. Влияние агроприёмов на фитосанитарное состояние посевов 34
1.8. Технология выращивания ячменя 39
2. Теоретическое обоснование урожайности ячменя 50
2.1. Приход ФАР на посевы и урожайность 51
2.2. Влагообеспеченность и продуктивность ячменя 55
2.3. Биоклиматическая продуктивность ячменя 58
2.4. Урожайность ячменя по эффективному плодородию дерново-подзолистых почв 61
2.5. Моделирование фитометрических параметров ячменя 64 Заключение 68
3. Цель, задачи и методика исследований 69
3.1. Цель и задачи исследований 69
3.2. Схема опыта и методика проведения исследований 69
3.3. Почвенно-климатические условия 77
3.4. Погодные условия в годы проведения исследований 78
3.5. Место и условия проведения наблюдений и исследований в опыте 80
3.6. Агротехника ячменя и яровой пшеницы в опыте 82
4. Результаты исследований 83
4.1. Влияние приёмов основной обработки почвы на водно-физические свойства почвы 83
4.2. Влияние приёмов основной обработки почвы на биологические свойства почвы 93
4.3. Влияние приёмов основной обработки почвы на структуру урожая 95
4.4. Влияние приёмов основной обработки почвы на агрохимические свойства почвы и пищевой режим почв 102
4.5. Влияние приёмов основной обработки почвы на засорённость посевов, зерна и поражение болезнями 109
4.6. Влияние приёмов основной обработки почвы на урожайность и качество урожая 114
5. Агротехническая, экономическая, энергетическая эффективность приёмов основной обработки почвы 120
5.1. Агротехническая и экономическая эффективность изучаемых вариантов 120
5.2. Энергетическая оценка вариантов опыта 125
Выводы 130
Рекомендации производству 133
Список литературных источников 134
Приложения 165
- Влияние агроприёмов на физические свойства почвы
- Влагообеспеченность и продуктивность ячменя
- Схема опыта и методика проведения исследований
- Влияние приёмов основной обработки почвы на водно-физические свойства почвы
Введение к работе
Стабильное производство продуктов питания высокого качества и обеспечение высококачественным сырьем - важнейшая задача жизнеобеспечения населения планеты. Проблема продовольствия решается, в основном, через базовую отрасль сельского хозяйства - земледелие, поэтому главная задача - обеспечение устойчивости земледелия на основе рационального использования земли, сохранение и повышение плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур, на основе применения научно обоснованных зональных систем земледелия.
Состояние почв оказывает воздействие на окружающую среду и природные ресурсы, уровень экономического и социального развития государства, здоровье населения.
Обработка почвы занимает большой удельный вес в себестоимости сельскохозяйственной продукции, поэтому совершенствование систем обработки с учётом сокращения затрат на единицу продукции - актуальная проблема.
Как показывают результаты исследований, полученные в нашей стране и за рубежом, длительное использование мелких поверхностных обработок в севообороте приводит к ухудшению в нижних слоях агрохимических и биологических свойств почвы, пищевого режима, проникновению корней растений в нижние слои, следовательно, - к падению эффективного плодородия почвы. Кроме того, при поверхностной заделке органических удобрений и перемешивании их с пахотным слоем, происходит быстрая минерализация органического вещества без существенного прироста гумуса в нижних слоях почвы. С органическими
удобрениями почва обогащается семенами сорняков, которые затем необходимо уничтожать.
Как показывают научные данные и практика, без создания мощного корнеобитаемого слоя получать стабильно высокие урожаи не всегда удаётся. Поэтому, одним из способов окультуривания дерново-подзолистых почв является углубление пахотного слоя. Это возможно за счёт разрыхления подпахотных слоев чизелями - глубокорыхлителями, плоскорезами, плугами без отвалов, послойного внесения органических удобрений и пласта многолетних трав.
Дифференцированная обработка почвы должна более полно учитывать почвенно-климатические условия зоны, биологические особенности сельскохозяйственных культур.
В условиях интенсивного земледелия и в связи с необходимостью перехода к энергосберегающим почвозащитным технологиям, необходимо обоснование приёмов обработки почвы, для поддержания почвенного плодородия.
Исследования проводили в многолетнем стационарном полевом
опыте, заложенном в 1972 году под руководством заведующего отделом
земледелия, доктора сельскохозяйственных наук Саранина Константина
Исидоровича в отделе земледелия НИИСХ ЦРНЗ по научно-технической
программе отделения земледелия Российской академии
сельскохозяйственных наук 0.51.01. "Усовершенствовать низкозатратные почвозащитные системы обработки почвы для севооборотов зерновой специализации, обеспечивающих снижение энергетических затрат" и в соответствии с планом научно-исследовательских работ отдела земледелия НИИСХ ЦРНЗ по теме: "Усовершенствовать низкозатратные почвозащитные
системы обработки почвы для севооборотов зерновой специализации, обеспечивающих снижение энергетических затрат."
В ходе многолетних исследований изучены теоретические вопросы использования приёмов обработки на повышение плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, научно обоснованы приёмы обработки в Центральном районе Нечернозёмной зоны России. Даны агротехническая, экономическая, энергетическая оценки приёмов основной обработки почвы.
Установлено, что наиболее перспективные варианты обработки почвы: сочетание вспашки на 20 см с поверхностной обработкой на 8 см и чизелевание на 20 и 40 см, обеспечивающие снижение затрат на обработку на 4-12% при повышении продуктивности ячменя по сравнению с контрольным вариантом (вспашка на 20 см).
Пользуясь случаем, считаю своим долгом выразить признательность и искреннюю благодарность научным руководителям: заведующему кафедрой общего земледелия, растениеводства, агрохимии и почвоведения, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Л.С. Фастюкову, заведующему отделом земледелия, доктору сельскохозяйственных наук Е.В. Дудинцеву, а также коллективу отдела земледелия научно-исследовательского института сельского хозяйства центральных районов Нечернозёмной зоны и коллективу кафедры Российского государственного аграрного заочного университета за оказанную помощь, практические советы и доброжелательное отношение в выполнении, обобщении, анализе материала.
Влияние агроприёмов на физические свойства почвы
Для обоснования рациональных технологий и выбора эффективных приёмов обработки почвы интерес представляют изучение динамики сложения пахотного и подпахотного слоев под полевыми культурами как первичного показателя физического состояния почв. Изучение динамики сложения почвы в течение вегетации сельскохозяйственных культур, в зависимости от систем обработки выявляет устойчивые диагностические критерии и устанавливает их оптимальные параметры для необходимого воздействия на почву, обеспечивающего создание и поддержание благоприятных агрофизических условий для роста и развития полевых культур (А.И. Пупонин, 1984).
Обоснование механической обработки дерново-подзолистых почв сводится к изменению их строения и сложения, так как почвы суглинистого и глинистого механического состава малоструктурны и быстро уплотняются. Строение почвы - расчленение почвенного профиля на генетические горизонты и их смена в вертикальном положении. Сложение почвы и её отдельных горизонтов - внешнее выражение их плотности и порозности. Равновесная плотность этих почв превышает 1,35-1,40 г/см3, что ухудшает использование растениями воды, элементов питания и развитие корневой системы большинства сельскохозяйственных культур, снижает окислительно-восстановительный потенциал и ферментативную активность почвы (СИ. Долгов, С.А. Модина, 1969; В.И. Румянцев и др., 1979; J.C. Siemens et al., 1971; N. Nelson, 1976; G. Schnaser, 1976; K.H. Hartge, 1979; D.C. Reicosky, D.K. Cassel, R.L. Blevin et al., 1977; Soil Fertility Mannual, Potash and Phosphors, 1979; S. Jenkins, 1981; R.P.C. Morgan, 1986).
Под улучшением физических свойств дерново-подзолистых почв, в первую очередь, имеют в виду плотность (П.А. Костычев, 1949). Плотность -масса единицы сухой почвы ненарушенного сложения (В.Ф. Вальков, 1986). От неё зависят все режимы и процессы, протекающие в почве: диффузия газов, воздухоёмкость, водопроницаемость, испаряющая и водоподъёмная способность, теплоёмкость, теплопроводность, а также микробиологические и окислительно-восстановительные процессы. Плотность влияет на технологические свойства, тяговое сопротивление, качество обработки почвы, что отражается на количестве и качестве урожая (И.П. Котоврасов, 1984; А.А. Борин, 2003).
Величина оптимальной плотности зависит от типа почвы, механического состава, структуры, обеспеченности питательными веществами (И.Б. Ревут, 1969, 1970; А.В. Королёв, 1970; П.П. Заев, А.В. Королёв, 1972; А. Тинджюлис, Е. Гречене, А. Мешаускене, 1974; Б.А. Доспехов, И.М. Панов, А.И. Пупонин, 1976; Э.А. Реппо, Н.И. Афанасьев, А.Я. Борук и др., 1984; А.П. Тинджюлис, А.В. Зимкувене, 1985).
Оптимальная плотность - почвенно-зональная характеристика -зависит от климатических условий и биологических особенностей растений (И.Б. Ревут, 1970; СВ. Нерпин, А.В. Судаков, 1985).
Оптимальная плотность - при которой распределение пор по их размерам обеспечивает благоприятную для растений водо- и воздухопроникающую способность почвы и передвижение по почве воды и воздуха, обеспечивающее растения максимальным количеством доступной воды при достаточной степени аэрации (И.П, Котоврасов, 1984; F.J. Veihmeyer, А. Н. Hendrickson, 1948).
Оптимальная плотность (объёмная масса) суглинистых дерново-подзолистых почв для выращивания зерновых культур - 1,10-1,30 г/см , для песчаных и супесчаных почв - 1,35-1,50 г/см (П.П. Заев, А.В. Королёв, 1971; С.А. Наумов, 1977; А.И. Пупонин, 1978, 1984; В.М. Сорочкин, 1982; М. Suskevic, М. Kos, 1982).
При определении влияния агроприёмов на физические свойства почвы важный показатель - пористость (порозность) почвы, особенно соотношение объёма некапиллярных и капиллярных пор, которое определяет водно-воздушные свойства почвы: водопроницаемость, влагоёмкость, испаряемость, аэрацию, влияющие на водно-воздушный режим и биологическую активность почвы (А.И. Пупонин, 1984; П.Н. Берёзин, А.Д. Воронин, Е.В. Шеин, 1985).
Влагообеспеченность и продуктивность ячменя
Величину программируемой урожайности по приходу ФАР определяют при оптимальных условиях факторов роста и развития растений. Но получение заданной урожайности ограничивается другими факторами жизнедеятельности растений (углекислота воздуха, необходимая для фотосинтеза; плодородие почвы; реакция почвенного раствора; воздушный режим; температура почвы и воздуха; потенциальная продуктивность сорта или гибрида, реализация которых возможна при районировании). Поэтому, нельзя ориентировать производство на получение потенциальной урожайности, надо обосновать величину заданной урожайности по почвенно-климатическим условиям (М.К. Каюмов, 1981; И.С. Шатилов, 1993, 1998; Х.Г. Тооминг, 1994; И.С. Кочетов, 1999).
Многолетними исследованиями выявлено, что для обоснования величины действительно возможного урожая надо использовать количество продуктивной влаги, накапливаемой за период вегетации культуры. Для ячменя эту величину определяют с начала вегетации (весной) и до уборки.
Показатель действительно возможного по влагообеспеченности почв и растений урожая определяют по формуле (М.К. Каюмов, 1989): Удву - действительно возможный урожай, урожай абсолютно сухой биомассы, ц/га; 100 - коэффициент перевода продуктивной влаги из мм в ц/га; W - количество продуктивной влаги, накапливаемой за период вегетации культуры, ресурсы продуктивной для растений влаги, мм/га; Kw - биологический коэффициент водопотребления (количество воды, затрачиваемое на формирование 1 ц сухой биологической массы), мм га/ц; Kffl - коэффициент хозяйственной эффективности урожая или доля основной продукции (зерна) в общей биологической массе (в долях от единицы).
Московская область с севера на юг имеет существенное различие по количеству выпадаемых осадков: в северных районах за год выпадает 600-620 мм, на юго-востоке области - 500-525 мм (Агроклиматический справочник по Московской области, 1973).
По данным агрометеорологической станции «Немчиновка» на Юго-Западе области количество выпавших осадков составляло в среднем за 3 года 202 мм с колебаниями по годам от 82 до 277 мм за период вегетации среднеранних сортов ячменя, 208 мм с изменением по годам от 85 до 280 мм в течение вегетации среднеспелых сортов, 223 мм с колебаниями в годы исследований от 109 до 292 мм за период роста и развития сортов среднепозднеи группы (табл. 2.2.).
За период вегетации разных групп сортов ячменя в годы исследований, весной, перед посевом в слое почвы 0-10 см содержалось в среднем 416 мм с колебаниями по годам от 340 до 546 мм. Из-за разного количества осадков, суммарное водопотребление по группам спелости колебалось от 422 до 8 мм. Учёт и знание всех составляющих влагообеспеченности растений даёт возможность правильно обосновать величину действительно возможного урожая этой культуры.
При определении этих показателей нами за основу принято количество продуктивной влаги от 618 до 639 мм, что соответствует суммарному водопотреблению трёх групп спелости сортов. В таблице 2.3. приведена урожайность ячменя, которая реально возможна во влагообеспеченные годы.
Схема опыта и методика проведения исследований
Целью исследований было выяснение, на основе агротехнической и экономической оценок, влияния приёмов основной обработки почвы и степени интенсивности технологии на урожайность ячменя и снижение затрат на обработку в условиях Центрального района Нечернозёмной зоны.
Задачами наших исследований были:
1. Изучить влияние приёмов обработки почвы на водно-физические, биологические, агрохимические свойства почвы и пищевой режим почв.
2. Изучить влияние приёмов основной обработки почвы на фитосанитарное состояние посевов ячменя.
3. Выявить реакцию ячменя на почвенные условия жизни растений, изменяющиеся под влиянием глубокой вспашки, чизельной, фрезерной, поверхностной обработки в сравнении с обычной вспашкой.
4. Дать агротехническую, энергетическую, экономическую оценки разным приёмам основной обработки почвы под ячмень и технологиям возделывания ячменя, а также последействие обработки на урожайность яровой пшеницы.
Исследования по данной тематике проводятся отделом земледелия НИИСХ ЦРНЗ, в котором мои исследования касаются ячменя, идущего после тритикале: 1 люпин; озимая пшеница; 3 ячмень + подсев клевера; 4 клевер 1-го года пользования; 5 тритикале; 6 ячмень; 7 яровая пшеница; 8 овёс. Схема опыта: 1. Вспашка на 28-30 см (под все культуры) - ПЛН-3-35; 2. Чизельная обработка на 20-22 см (под все культуры) - ПЧ-2,5; 3. Вспашка на 20-22 см (под все культуры (контроль)) - ПЛН-3-35; 4. Поверхностная обработка (чередование вспашки на 20 см с поверхностной обработкой на 8 см) - БДТ-3; 5. Поверхностная обработка на 8-10 см под все культуры(бессменно)- БДТ-3; 6. Фрезерная обработка на 10-12 см (под все культуры) - ФБН-2; 7. Чизельная обработка на 38-40 см - ПЧ-2,5. Число вариантов - 7.
Размер учётной делянки: ширина - 4 м, длина -25 м, площадь учётной делянки - 100 м .
Размер посевной делянки: ширина - 6,3 м, длина - 25 м, площадь посевной делянки - 157,5 м (рис. 1). Способ посева рядовой с междурядьями 15 см (сеялка СН-16). Ширина продольной защитки 100 см, ширина торцевой защитки 115 см. Размещение вариантов - методом рендомизированных повторений. Повторность в опыте по территории 4-х кратная. Учёт урожая проводили сплошным методом.
Объектом исследования в опыте в 2002 и 2003 годах был сорт ярового ячменя «Эльф», а в 2004 году - яровая пшеница сорта «Лада».
Статистическая обработка урожая по Фишеру (Б.А. Доспехов, 1979), методом дисперсионного анализа для однофакторных опытов, проведённых методом рендомизированных повторений.
Минеральные удобрения вносили под предпосевную культивацию на запланированную урожайность ячменя - 50 ц/га.
Норма высева ярового ячменя и яровой пшеницы - 5 млн. всхожих семян на га. Анализ почвенных образцов проводили в агрохимической лаборатории НИИСХ ЦРНЗ: 1. Плотность сложения почвы (г/см3) определяли объёмно-весовым методом. Образцы отбирали по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см с помощью почвенного бура П.А. Некрасова с объёмом стакана 100 см . Число повторений - 4, согласно методике Г.Ф. Никитенко (1982). 2. Структурно-агрегатный состав по методу Н.И. Саввинова по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см. 3. Твёрдость почвы (кг/см2) - с помощью твердомера Алексеева по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см по 10 точек в 1 и 3 повторении. 4. Влажность почвы (%) по слоям 0-І0, 10-20, 20-30, 30-40 см. В момент закладки опыта (во время лущения стерни и вспашки). Весной - во время предпосевной культивации перед посевом и в момент появления всходов, в момент стеблевания (примерно 20-30 см), колошения, момент налива зерна и перед уборкой. Определяли термостатно-весовым методом. Термической сушкой при 105С в течение 6-8 часов. Результаты определяли в процентах от массы абсолютно сухой почвы на всех вариантах в 4 повторениях, делали по 4 скважины на делянке через каждые 10 см (Г.Ф. Никитенко, 1982) и ГОСТ 20915 -75.
5. Запас влаги (Wo6m) в мм водного слоя до глубины Н рассчитывали по формуле: Wo6tl,= 0,1(W, Д, h, + ... + Wn ДПЬП), где W], Wn - влажность почвенных слоев в весовых процентах; Дь Дп- соответствующие им значения плотности сложения почвы (г/см3); hi, hn - мощность почвенного слоя (см); Н - общая мощность слоя почвы, для которого проводятся расчёты (см). Запас влаги в метровом слое почвы определяли по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80, 80-90, 90-100 см на всех вариантах. Затем из общей влажности вычитали недоступную влажность почвы (мёртвый запас), которую находили путём вычисления максимальной гигроскопической влажности М и перерасчётом: М х 1,34 = недоступная влажность почвы. Осенью, весной (во время культивации) и сразу после уборки.
6. Биологическая активность почвы - целлюлозоразлагающую способность почвы определяли методом аппликаций по И.С. Вострову (1965) в модификации НИИСХ ЦРНЗ (Г.Ф. Никитенко, 1982) - путём разложения льняной ткани в почве. Закладку ткани проводили по слоям в период вегетации культурных растений. Закладывали по 5 аппликаций на всех вариантах на глубину до 40 см в 3 повторениях после посева, при появлении всходов.
7. Нитрификационная способность почвы на всех вариантах по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 см - перед уборкой. По методу СП. Кравкова в модификации Болотиной и Абрамовой (Агрохимические методы исследования почвы, 1975), путём компостирования 100 г сухой почвы при влажности 60% от полной влагоёмкости при температуре 28-30С в течение
Влияние приёмов основной обработки почвы на водно-физические свойства почвы
Агротехника выращивания ярового ячменя и яровой пшеницы в опыте соответствовала рекомендациям для Центрального района Нечернозёмной зоны России. Основную обработку почвы начинали с лущения жнивья сразу после уборки предшественника - БДТ-3.
Через 2 недели после лущения проводили основную обработку почвы, согласно схемы опыта. Весной, по мере подсыхания почвы, проводили боронование зяби. Минеральные удобрения вносили под предпосевную культивацию -НРУ-0,5. Предпосевную культивацию с выравниванием почвы перед посевом проводили культиватором КПС-4 с боронами. Протравливание семян применяли перед посевом ПС-10, фунгицидом Винцит. Посев выполняли сеялкой СН-16. Опрыскивание посевов гербицидом Колос в дозе 10 г/га применяли в фазу кущения - ОПШ-15,
Обработку посевов против вредителей и болезней проводили: БИ-58 в дозе 1 кг/га и Байлетон в дозе 0,5 кг/га по мере необходимости - ОПШ-15. Уборку урожая проводили по делянкам в фазу полного созревания комбайном "Сампо-500".
В соответствии с программой исследований изучали влажность почвы, плотность сложения, скважность аэрации, твёрдость почвы и выясняли влияние приёмов обработки на изменение водно-физических свойств почвы и урожайность ячменя.
Влажность почвы в мае 2002 года была удовлетворительной (табл. 4.1.). В слое до 40 см влажность составляла от 14,0 до 17,9%, в фазу колошения - от 14,4 до 18,2%, перед уборкой- от 9,4 до 13,8%. Влажность по профилю почвы была несколько выше в слоях 10-20 и 20-30 см, а по вариантам - на вспашке на 20 см, чизелевании на 40 см,
В весенний период (перед посевом) 2003 года влажность почвы была высокой: от 15,1% на вспашке на 30 см до 25,1% на фрезеровании. В фазе колошения влажность несколько снизилась - до 16,2 - 19,4%. К уборке влажность почвы осталась высокой и составила от 19,6% (чизелевание, 40 см) до 25,8% (поверхностная обработка).
Запас продуктивной влаги в мм перед посевом 2002 года составлял от 30,0 до 45,5, то есть был удовлетворительным. К фазе колошения он несколько снизился - до 28,6-34,8 мм, а к уборке - до 11,1-21,5 мм.
В 2003 году перед посевом запас продуктивной влаги был выше, чем в 2002 году и составлял 52,7-72,2 мм, в колошение - 48,3-55.,4 мм и перед уборкой, вследствие выпадения осадков, - 66,4-74,3 мм, то есть несколько выше, чем в другие фазы (табл. 4.2.).
Между приёмами обработки по содержанию продуктивной влаги в 2002 и 2003 году чёткой закономерности различий не выявлено.
Плотность сложения почвы в слое до 40 см после обработки в 2002 году составляла 1,00-1,49 г/см3, в слоях 20-30 и 30-40 см плотность сложения была выше, даже при глубоком рыхлении. Так, по вспашке 30 см, перед посевом ячменя плотность составляла 1,44 г/см3 и была на уровне вариантов без рыхления этого слоя (чизелевание 20 см, вспашка 20 см). Это свидетельствует о быстром уплотнении почвы, особенно под влиянием выпадающих осадков (табл. 4.3.). Перед посевом 2002 года в слое 0-10 см плотность была не высокой от 1,00 до 1,29 г/см3, в слое 10-20 см она была выше и достигала 1,20-1,43 г/см3, в слое 20-30 см плотность была ещё более высокой - до 1,27-1,49 г/см3. На варианте глубокого чизелевания в слое 30 40 см плотность была на уровне слоя 20-30 см и составила 1,44 г/см . В фазу колошения плотность несколько снизилась под влиянием развития корневой системы и составляла от 1,05 до 1,40 г/см3. К уборке произошло некоторое уплотнение почвы - до 1,16-1,40 г/см .
