Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние изучаемого вопроса 12
2 Объекты и методика исследований 25
2.1 Почвенно-климатические условия Волго-Вятского региона.. 25
2.2 Погодные условия в годы проведения исследований 29
2.3 Программа исследований и характеристика почв опытного участка 36
2.4 Методика исследований 46
2.5 Агротехника в опыте 48
3 Влияние предшественников на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность основных культур 50
3.1 Роль предшественников 50
3.2 Влияние предшественников основных культур севооборота на агрофизические свойства почвы 52
3.2.1. Структура почвы 52
3.2.2. Плотность почвы 60
3.2.3. Влагообеспеченность посевов 64
3.3 Влияние предшественников на фитосанитарное состояние посевов и биологические свойства почвы 70
3.3.1. Засоренность посевов 70
3.3.2. Пораженность болезнями и вредителями 79
3.3.3. Биологическая активность почвы 86
3.3.4. Токсичность почвы 95
3.4 Урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от предшественников 100
4 Влияние севооборотов на водно-физические, биологические свойства почвы и фитосанитарное состояние посевов 113
4.1 Влияние севооборотов на водно-физические свойства почвы 113
4.2 Влияние севооборотов на биологическую активность и токсичность почвы 142
4.3 Влияние севооборотов на засоренность посевов 166
4.4 Влияние севооборотов на распространение болезней сельскохозяйственных культур 182
5 Влияние севооборотов на накопление корнестерневых остатков и агрохимические показатели почвы 199
5.1 Влияние посевов на накопление органического вещества почвы 199
5.2 Накопление гумуса в почве под культурами севооборотов... 232
5.3 Агрохимические показатели плодородия почвы в севооборотах 244
5.4 Роль бобовых культур в накоплении органического вещества в земледелии Кировской области 267
6 Урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов 271
7 Качество урожая сельскохозяиствеьшых культур в полевых севооборотах 299
7.1 Хлебопекарные и технологические качества зерна озимой ржи 299
7.2 Пивоваренные свойства ячменя 307
7.3 Физико-химические и технологические свойства яровой пшеницы 316
7.4 Физико-химические показатели зерна овса 327
8 Экономическая и энергетическая эффективность возделывания культур в севооборотах 330
Выводы 358
Предложения производству 366
Список литературы 368
Приложения 417
- Программа исследований и характеристика почв опытного участка
- Влияние предшественников на фитосанитарное состояние посевов и биологические свойства почвы
- Влияние севооборотов на распространение болезней сельскохозяйственных культур
- Агрохимические показатели плодородия почвы в севооборотах
Введение к работе
Эффективное ведение сельскохозяйственного производства возможно лишь при условии, что выращиваемые культуры возделываются не бессистемно одна за другой, а в севообороте, который насколько возможно, должен отвечать специфичным требованиям растений в отношении почвы и питательных веществ (Дубслаф, 1966). Основоположниками учения о системах земледелия и севооборотов в России являются агрономы-экономисты XVIII в. А.Т. Болотов, И.М. Комов, В.А. Левшин и др. В определенные исторические периоды развивалась то одна, то другая сторона чередования культур. Недостатком этих отдельно взятых теоретических направлений и практических рекомендаций была их односторонность. В зависимости от почвенно-климатических условий и от уровня развития земледелия в качестве главной выдвигается одна или другая сторона действия севооборота, которая и должна учитываться в первую очередь при разработке схем севооборотов. Однако при этом необходимо учитывать и множество других факторов, которые могут оказаться решающими при дальнейшем научно-техническом прогрессе.
Благотворное воздействие севооборотов на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур, сохранения почвенного плодородия не вызывает сомнения. Научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур способствует пополнению и лучшему использованию питательных веществ почвы и удобрений, поддержанию благоприятных физических свойств почвы, защите почв от водной и ветровой эрозии, снижению распространения сорных растений, вредителей и болезней сельскохозяйственных культур. Правильно построенные севообороты способствовуют уменьшению затрат на производство растениеводческой продукции и дают возможность сократить применение химических средств защиты растений и тем самым способствуют охране окружающей среды (Васильев, 1970; Гуре-нев, 1970, 1974, 1980; Стихии, Прокопов, 1974; Митянин, 1978; Дубов, 1979, 1987; Куклин, Рогова, 1979; Костин, 1979; Ефимова, 1983; Стихии, Прокопов, Цивенко, 1982; Нарциссов, Заикин, 1987; Саранин, Федорищев, 1990; Сара-
5 нин, Беляков, 1991; Лошаков, 1992; Заикин, Ивенин, Румянцев, Строкин, 1996; Каргин, Неясов, 1996; Кирюшин, 2000; Иванов, 2003; Лыков, Еськов, Новиков, 2004).
Современная теория севооборота учитывает многообразие всех причин, вызывающих необходимость чередования культур, которые Д.Н. Прянишников (1953, 1963, 1965) объединил в 4 группы:
причины химического порядка, касающиеся питания растений;
различное влияние культур на физические свойства почвы и устойчивость ее против эрозии;
причины биологические;
причины экономические.
Значение той или иной группы причин изменяется в зависимости от природных и экономических условий и уровня агротехники. Ведущую роль играют те, которые действуют на факторы жизни растений, находящиеся в данных условиях в минимуме (Дудкин и др., 1993).
Специализация и интенсификация земледелия в предшествующие десятилетия потребовала решения целого ряда вопросов в области теории и практики севооборота, как основы зональных систем земледелия. В течение 70...80-х гг. XX в. были разработаны научно-теоретические основы специализации севооборотов в условиях интенсивного земледелия по зонам страны. Среди них: принципы совместимости и самосовместимости сельскохозяйственных культур, роль различных видов паров, многолетних трав (особенно бобовых), промежуточных культур в сохранении и (или повышении) плодородия почв, защиты ее от эрозии, определение фитосанитарной роли севооборота, новые видовые оценки предшественников, параметры предельного насыщения севооборотов ведущими культурами и многие другие вопросы теории и практики севооборота в различных условиях интенсификации и специализации земледелия (Лошаков и др., 1997; Лошаков, 1999; Воробьев, 1973, 1979, 1982; Воробьев, Иванов и др., 1979; Нарциссов, 1982, 1983).
Севообороты, как и любое другое звено системы земледелия должны
6 строиться с учетом зональных особенностей (Нарциссов, 1967; Ильинский, 1976; Каштанов, 1988). А.Н. Каштанов (1982, 1983, 1988) подчеркивал, что каждая зональная система земледелия, все ее звенья должны быть направлены, прежде всего, на устранение лимитирующих факторов. Это положение высказывалось и ранее, поскольку в различных природных условиях неодинаковы причины первого порядка (в одном случае - это водный, в другом -пищевой режим и т.д.), то и задачи севооборотов будут различаться и, следовательно, будет неодинаков набор культур и их чередование (Каштанов, Заславский, 1984; Лейтланд, 1970; Райх, Сяга, 1984). Оказывают влияние на эффективность севооборотов экономические (Каминский, 1967) и почвенно-климатические условия, поэтому и возникает необходимость изучения и разработки севооборотов применительно к определенным регионам.
На территории Волго-Вятского экономического района и Кировской области причины, обусловливающие необходимость чередования культур разнообразны и также в значительной степени зависят от почвенно-климати іеских условий и биологических особенностей возделываемых культур (Зырянова, 1975; Опарин, 1978; Платунов, 1989, 1990). Однако в регионе севообороты в сравнении с бессменными повторными посевами изучены не так широко, как это сделано на дерново-подзолистых почвах Московской области (Воробьев, 1958, 1968, 1970, 1972, 1978, 1979, 1982; Воробьев и др., 1973, 1974, 1976, 1979, 1987; Доспехов, 1972, 1975; Лошаков, 1987, 1992, 1996; Лыков, 1973, 1982; Лыков, Воробьев, 1973; Лыков, Вьюгин, 1980; Лыков, Иванов, 1983; Цивенко и др., 1982; Пенчуков, Саранин, 1995).
Возрастание техногенной нагрузки в 80-е годы XX в., а затем в условиях реформирования агропромышленного комплекса, изменение земельных отношений и форм землепользования при резком сокращении объемов применения удобрений и химических средств защиты растений в 90-е годы потребовало разработки новых подходов и корректировки схем севооборотов, которые обеспечивали бы сохранение и (или повышение) плодородия почвы при сохранении или увеличении объемов производства сельскохозяйствен-
ной продукции и улучшения ее качества на основе научно - обоснованного чередования культур (Концепция развития адаптивного ..., 1998).
Актуальность. Проблема увеличения производства растениеводческой продукции может быть осуществлена за счет интенсификации сельскохозяйственного производства. В современный период интенсификация земледелия не может быть осуществлена за счет механизации, мелиорации и химизации, как это предполагалось в 80-е годы, а должна идти путем биологизации процессов, более рационального и интенсивного использования природных факторов. Но при любой интенсификации земледелия научно - обоснованные адаптивные севообороты остаются обязательным условием для сохранения плодородия почвы в целом, а, следовательно, стабилизации урожайности сельскохозяйственных культур, энергетической и экономической окупаемости (Жученко, 1990).
На дерново-подзолистых суглинистых почвах Северо-Востока Нечерноземной зоны РФ это может быть осуществлено:
путем совершенствования структуры посевных площадей в севооборотах с учетом уровня химизации земледелия, плодородия почвы и экономических условий хозяйства;
применения таких технологий возделывания культур, которые позволяют активизировать биологические факторы почвенного плодородия за счет насыщения севооборотов бобовыми культурами и использования различных видов органических удобрений;
высокой совместимости и адаптированности отдельных культур и их биологической продуктивности, максимально возможного использования антропогенных и природных ресурсов современного земледелия, энергосберегающих и природоохранных технологий, позволяющих получать экологически чистую продукцию высокого качества.
Цель работы. Совершенствование различных видов полевых севооборотов на дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах Северо-Восточного региона Нечерноземной зоны РФ для повышения продуктивности пашни, со-
8 хранения экологии и почвенного плодородия при энерго- и ресурсосбережении в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства и био-логизации в адаптивном земледелии.
В соответствии с целью исследований предусматривалось решение следующих задач:
провести сравнительное изучение влияния предшественников на агрофизические и биологические свойства почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность последующих культур севооборота;
определить наиболее продуктивные звенья с целью использования их для разработки моделей севооборотов;
выявить наиболее благоприятные варианты, смягчающие или позволяющие устранить причины, снижающие урожайность культур в звеньях с высоким насыщением зерновыми с использованием промежуточных культур;
выявить степень максимального насыщения севооборотов зерновыми и бобовыми культурами, оптимального их соотношения при высокой продуктивности, энергетической и экономической эффективности в условиях различной специализации и интенсификации сельскохозяйственного производства;
изучить влияние различных видов полевых севооборотов на агро- и водно-физические свойства, изменение биологической активности и токсичности почвы, а также фитосанитарное состояние посевов;
оценить предшественники основных с.-х. культур по уровню накопления органического вещества и элементов минерального питания, поступающих в почву с пожнивными, поукосными и корневыми остатками;
определить размеры поступления в почву органического вещества за счет пожнивно-корневых остатков бобовых культур в земледелии Кировской области;
установить влияние различных видов севооборотов на изменение агрохимических показателей и накопление гумуса в почве;
определить качество получаемой продукции в полевых севооборотах.
9 Научная новизна. Впервые в длительных стационарных опытах, на дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах Кировской области проведено сравнительное изучение различных видов полевых севооборотов с высокой долей зерновых и бобовых культур. Установлено максимально допустимое насыщение зернотравяных, зернопаротравяных и зернопаропропашных севооборотов зерновыми и бобовыми культурами. На этой основе проведено совершенствование полевых севооборотов с лабильными звеньями на фоне умеренных доз минеральных и органических удобрений и применения биологических средств защиты растений. Разработаны севообороты с максимальной продуктивностью, экономически и энергетически эффективные и обеспечивающие сохранение плодородия почв. Выявлена роль основных сельскохозяйственных культур в накоплении органического вещества в почве. Определены размеры поступления в почву органического вещества за счет пожнивно-корневых остатков бобовых культур в земледелии Кировской области. Установлено, что максимальный вклад в поступлении органического вещества в почву принадлежит многолетним бобовым травам. Выявлены лучшие предшественники для получения зерна озимой ржи и яровой пшеницы, пригодного для самостоятельного хлебопечения и зерна ячменя, пригодного для изготовления пивного солода. Установлены лучшие предшественники зерновых культур, повышающие продуктивность звеньев севооборотов и определены лучшие покровные культуры при возделывании клевера лугового. Разработаны приемы смягчения несовместимости бессменных посевов зерновых культур с помощью включения в звено севооборота промежуточных культур (рапс и горох).
Основные положения, выносимые на защиту:
- агроэкологоэкономическая оценка основных предшественников сельскохозяйственных культур и севооборотов в целом по степени их влияния на агрофизические, биологические, агрохимические показатели почвенного плодородия и качество получаемой продукции на дерново-подзолистых суглинистых почвах;
экспериментальное обоснование агротехнически допустимого и экономически целесообразного насыщения полевых севооборотов зерновыми и бобовыми культурами;
возможность использования севооборотов с лабильными звеньями для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия для хозяйств с различными экономическими условиями с целью повышения продуктивности сельскохозяйственного производства.
Практическая ценность работы. Рекомендуемые севообороты позволяют получать при любом уровне интенсификации с 1 га севооборотной площади 3,84-5,69 т к. ед. при средней урожайности зерновых 3,00-3,96 т/га и сбором переваримого протеина 2,94-7,76 ц/га, средних энергетических затратах 14,5-27,6 ГДж/га, уровне рентабельности до 181,7% и окупаемости затрат до 281,8%, что подтверждено результатами внедрения.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке и внедрении севооборотов не только в условиях Кировской области, но и других районов Северо-Востока Нечерноземной зоны России, имеющих аналогичные почвенно-климатические условия, где изучаемые сорта сельскохозяйственных культур включены в "Список сортов, допущенных к использованию в сельском хозяйстве".
Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на зональной научно-производственной конференции (Киров, 1989), на III, IV, V Международных симпозиумах (Варшава, 1996, 1997, 1998), на Интернациональном симпозиуме по перспективам развития земледельческих технологий (Брно, 1997), на Международных симпозиумах (Плоцк, 1996, 1999), на научно-практической конференции (Пермь, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции по органическим удобрениям (Киров, 2002), Международных научно-практических конференциях (Киров, 2003, 2004). Материалы исследований использованы при подготовке "Рекомендаций по совершенствованию севооборотов в условиях Кировской области" (Киров, 1988), "Концепции развития адаптивного земледелия Кировской области"
11 (Киров, 1998), "Методики разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия в хозяйствах Кировской области" (Киров, 2000), "Системы ведения агропромышленного производства Кировской области на период до 2005 г." (Киров, 2000). По материалам диссертации опубликовано 59 статей.
Внедрение результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в четырех ОПХ Зонального НИИСХ Северо-Востока, а также использованы при разработке систем земледелия для хозяйств в 39 районах Кировской области в период с 1985 по 1988 гг., и при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия в 24 хозяйствах Кировской области в период с 1996 по 2004 г. на площади 91282 га.
Организация проведения исследований. Автор выражает искреннюю признательность за оказанную помощь и содействие заслуженному деятелю науки Российской Федерации, д.с.-х.н., профессору К.И. Саранину, с.н.с. лаб. земледелия Зонального НИИСХ С.-В., к.с.-х.н. А.Н. Зыряновой, ведущим научным сотрудникам, к.с.-х.н. Б.П. Мальцеву, В.Д. Абашеву, сотрудникам лаборатории - Пожаловой Е.Ф., Ожигановой Т.Ф. и Лопареву Л.А., руководству института и сотрудникам аналитической лаборатории ЗНИИСХ С.-В. и лаборатории агрохимии Фаленской государственной селекционной станции.
Программа исследований и характеристика почв опытного участка
Полевые исследования проводились по теме диссертационной работы в 1981-2001 гг. в трех стационарных опытах и двух краткосрочных на опытном поле НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого (г. Киров).
Территориальное расположение Кировской области в Волго-Вятском экономическом районе, который входит в Северо-Восточный регион Нечерноземной зоны РФ, определило ее климатические особенности. Большая протяженность территории области по широте обусловила значительную разницу в климате между северными и южными районами, что отразилось на формировании почвенного растительного покрова. Область расположена в центре Северо-Востока европейской части России, располагает территорией в 120,8 тыс. кв. км, и отражает почти все почвенно-климатические особенности этого края. Крайняя южная граница проходит по 56, а северная - по 61 с.ш.
Климат области можно считать сравнительно благоприятным для земледелия. Морозная, но многоснежная зима обеспечивает удовлетворительную зимовку озимой ржи и многолетних трав. Сумма температур между переходами среднесуточной температуры воздуха через +10С составляет 1500-1700С на севере и 1950-2100С в южных районах. При потребности в ней для яровых зерновых в размере 1600С, тепловые ресурсы севера области близки к нижнему пределу сумм температур, необходимых для ежегодного получения урожая, тогда как на юге области обеспечивается не только полное созревание яровых зерновых, но и выращивание ранних сортов кукурузы, подсолнечника и других теплолюбивых культур. Возделывание таких культур, как гречиха, картофель, теплолюбивые овощи лимитирует продолжительность безморозного периода.
Территория Волго-Вятского экономического района занимает 263,2 тыс. кв.км. Общая протяженность с севера на юг составляет 850 км, а с запада на восток — 720 км. В пределах этого вытянутого с северо-востока на юго запад района отчетливо проявляется широтная зональность, выраженная в закономерной смене климата, растительности и почв. Заметно изменяется климат и растительность при движении с запада на восток. Юг и север получают разное количество солнечного тепла, с запада на восток возрастает кон-тинентальность климата: увеличивается годовая температура и уменьшается количество атмосферных осадков. Средняя годовая температура воздуха на севере Кировской области +0,6 градусов, на крайнем юго-западе Республикой Мордовия - +4 градуса. Период без отрицательных температур на севере равен 90 дням, на юге - 150 дням, а продолжительность вегетационного периода изменяется от 150 дней на севере до 180 - на юге.
Сумма средних температур выше 10 градусов на севере Кировской области составляет 1500С, на юге Мордовии - 2400С, а продолжительность периода с такими температурами на севере равна 105, на юге - 145 дням. Показателем теплообеспеченности является сумма средних температур воздуха выше 15С. На севере района такая сумма средних температур составляет 800С, на юго-востоке - 1800С.
Увлажненность территории региона в целом достаточная. За год здесь выпадает в среднем от 400-450 мм осадков на крайнем юге и юго-востоке, до 550-625 мм на северо-западе и севере. За период вегетации выпадает соответственно 250-350 и 320-400 мм осадков. Гидротермические коэффициенты за период вегетации находятся в пределах 1,0-1,9.
Таежная часть района имеет равнинный характер, что обусловливает равномерность освещения растений на полях и ослабляет эрозионные процессы, но в то же время способствует выщелачиванию почв и застою воды, что вдет к поверхностному заболачиванию. Однако в зоне тайги в отдельных местах есть пересеченный рельеф. Вятские Увалы пересекают с севера на юг центральную часть Кировской области и восточную часть Марийской республики. На этой территории изрезаннее рельеф, средняя густота овражно-балочной сети составляет 0,7 км на 1 кв. км территории, значительная часть пашни находится на склонах различной крутизны. Рельеф правобережья более сильно расчленен, и эта территория подвергается водной эрозии. Изрезанность оврагами и балками в приокской, приволжской полосах и в междуречье рек Суры и Алатыря достигает 2 км на 1 кв. км. Особенность рельефа очень сильно сказывается на почвенном покрове. При пересеченном рельефе, как правило, пестрый почвенный покров, а это затрудняет создание крупных севооборотов с полями одинакового плодородия. В районах с однообразным рельефом почвенный покров более равномерен, а почвы на больших территориях сравнительно одинакового уровня плодородия, но здесь довольно велика мелкоконтурность участка пашни.
На территории Волго-Вятского экономического района преимущественное место занимают подзолистые и дерново-подзолистые, серые лесные и черноземные почвы (табл. 1).
Эти типы почв отличаются друг от друга по важнейшим показателям плодородия, что во многом определяет набор возделываемых культур и, значит, севообороты. Так, на подзолистых и в подавляющем большинстве на дерново-подзолистых почвах из-за кислой реакции не возделывают люцерну, сахарную свеклу, ограничены здесь посевы озимой и яровой пшеницы. В то же время на этих почвах создаются лучшие условия для произрастания льна. Нужно отметить, что в Мордовской и Чувашской республиках почвы имеют более высокое естественное плодородие, чем в Кировской области, Республике Марий-Эл и левобережье Нижегородской области (Заикин, 1984). Почвы подзолистого типа в Кировской области распространены повсеместно. Являясь основными зональными почвами, они занимают свыше 80% территории области. Почвы других типов почвообразования (дерново-карбонатные, серые лесные и др.) обычно находятся в тесном территориальном контакте с подзолистыми почвами и в разной степени тоже затронуты процессом оподзоливания (Тюлин, 1976).
По гранулометрическому составу среди пахотных земель области 30-35% составляют супесчаные (очень редко песчаные) почвы и 65-70% - суглинистые, реже глинистые.
Содержание гумуса в пахотном слое дерново-подзолистых супесчаных почв колеблется в пределах 1-1,7%, суглинистых - 1,6-2,5%, дерново-карбонатных - 3,2-3,5%, в подпахотном горизонте этот показатель снижается до 0,2-0,7%.
Влияние предшественников на фитосанитарное состояние посевов и биологические свойства почвы
Сорные растения причиняют значительный вред сельскохозяйственному производству, снижая величину и качество урожая, увеличивая затраты на производство продукции (Гуренев, 1970; Груздев, 1980).
На засоренных полях недобор зерна с каждого гектара может достигать 2-3 ц, картофеля - 20-50 ц, овощей - 15-40, корнеплодов и силосных культур - 80-100 ц. Вместе с тем уменьшается содержание белка на 1-2% и натура зерна, крахмала в клубнях картофеля - на 2-3% (Татаринова, Козлов, Беляев, 1980). В некоторых хозяйствах при повышенной засоренности потери земледельческой продукции составляют 30-50% (Заикин, 1984).
По данным исследований Мордовского НИИСХ, на посевах со средней засоренностью урожай зерновых и зернобобовых культур снижается на 15-20%, картофеля - на 40-50%, кукурузы - на 50-60% (Костров и др., 1987). По литературным данным, при наличии в посевах озимой пшеницы только 11 штук на квадратный метр растений бодяка розового урожай снижается на 19-20%, а при 18-20 шт/м - на 60-70% (Рекомендации по борьбе с сорными растениями..., 1974).
Используя большое количество питательных веществ, сорные растения значительно снижают плодородие почвы. На средне засоренных полях сорняки выносят 60-140 кг/га азота, 20-30 - фосфора и 100-140 кг/га - калия. При сильной засоренности посевов василек синий потребляет из почвы азота 65 кг/га, фосфора - 24, калия - 98, осот полевой соответственно - 67; 29 и 180, пырей ползучий соответственно 58; 31 и 68 кг/га, в то время как яровая пшеница при урожайности зерна 16 ц/га - 45; 21 и 30 ц/га. Сорняки используют и большое количество почвенной влаги. Например, на образование 1 кг сухого вещества пшеницы расходуется 350-513, овса - 450-570 литров воды, а ярутки полевой - 950-1000, пырея ползучего - 1600-1700 литров. Один квадратный метр засоренного поля за 30 дней теряет 140 кг воды, а чистого пара -Ї только 36-37 кг (Татаринова и др., 1980).
Высокая засоренность полей вызывает поломку уборочных машин, увеличивает затраты труда и денежных средств на подработку зерна, прополку, обработку почвы.
Многие сорняки являются местообитанием вредителей, источниками распространения болезней сельскохозяйственных растений. Поэтому борьбе с сорняками придается огромное значение во всем мире (Баздырев, 2002). Влияние культур на засоренность связано с конкурентной способностью растений, которая зависит от агротехники, условий развития культуры и исходной засоренности поля.
С.А. Воробьев (1979) все растения полевой культуры разделяет на три группы: с высокой конкурентной способностью (озимые, многолетние травы и др.); со средней (ячмень, овес, подсолнечник, люпин и др.), со слабой (яровая пшеница, лен, картофель, горох и др.). Однако технология выращивания картофеля, при ее соблюдении позволяет иметь практически чистые от сорняков посевы картофеля. Широкое применение гербицидов на яровых зерновых культурах превращает эти культуры в сорнякоочистители, что показывает условность деления культур по конкурентноспособнсти к сорным растениям.
Кафедра земледелия Горьковского СХИ в течение 4 лет изучала влияние некоторых культур и их предшественников на засоренность. В 1979-1980 гг. ячмень превосходил по конкурентной способности овес, но в менее благоприятные для него годы он был на уровне с овсом или уступал ему. В большинстве случаев ячмень, благодаря ранней уборке, лучше, чем овес, противостоял многолетним сорнякам. В первый период их было меньше или не было вовсе. Пропашные культуры по-разному влияли на засоренность. Картофель способствовал снижению малолетних сорняков, а после кукурузы при ее чередовании с картофелем возросла доля многолетних сорняков (Заи-кин, 1984).
Отдельные виды или биологические группы сорняков приспособились в процессе эволюции к определенным культурам. Ранние яровые сорняки чаще засоряют посевы ранних или поздних яровых культур, поздние - поздних яровых. Озимые и зимующие сорняки обычно распространены в посевах озимых культур, а также многолетних трав первого года пользования. Двухлетние и многолетние сорняки распространены в посевах многолетних трав, так как по циклу развития они приближаются к многолетним травам (Воробьев, 1982).
Сорняки, получившие распространение в посевах предшественника оставляют после себя семена и органы вегетативного размножения и засоряют идущие за ними культуры. Так многолетние травы и озимая рожь оставляют после себя значительное количество органов размножения (семян, побегов и т. д.) пырея ползучего, ромашки, василька синего, щавелька малого, но подавляют яровые сорняки (Королева, 1971; Речич, 1980).
Действие предшественников оказывает непосредственное влияние на засоренность всех культур (Воробьев, 1979). В посевах озимой ржи по чистому пару и кукурузе перед уборкой сорняков было меньше в 1,5-2 раза, чем по занятым парам сплошного сева (Ивашкин, 1975). Влияние различного вида паров сказывается не только на засоренности посевов озимой ржи, но распространяется и на последующие культуры.
В исследованиях А.И. Кузнецова и др. (1983) в посевах озимой ржи после вико-овсяной смеси количество сорняков составляло 108,5 шт, после кле-вера I года пользования - 125,6 и после ячменя - 137,5 шт/м . В исследованиях В.П. Заикина (1981) засоренность озимой ржи в период начала выхода в трубку в среднем за четыре года составила по ячменю 97 шт., по гороху - 93, по вико-овсу - 67, по чистому пару - 55 шт/м .
Аналогичные данные по влиянию предшественников на засоренность озимых в Мордовской АССР приводит К.А. Костров (1969), в Кировской области - С.А. Хорькова (1966), В.Е. Опарин, П.В. Семеновых (1974). Для условий зоны проблема борьбы с засоренностью остается всегда актуальной. В наших исследованиях засоренность посевов определяли в начале вегетации культур (массовое появление сорняков) и перед уборкой их на всех повтор-ностях опыта. Погодные условия в некоторой степени сказались на засоренности полей. В более сухие годы, как правило, их количество и масса сорных растений уменьшались.
Влияние севооборотов на распространение болезней сельскохозяйственных культур
Уже ранние исследования ученых показали исключительно высокое разнообразие видов патогенов, вредителей, нематод, сорняков, поражающих посевы сельскохозяйственных культур (Stakman, Piemeisel, 1917; Stakman, Levine, 1922 и др.). В настоящее время существенный вред культивируемым растениям наносят примерно 1500 различных возбудителей болезней, более 10 тысяч видов насекомых, 1500 видов нематод и свыше 1800 видов сорняков. Подсчитано, что в США урожайность сельскохозяйственных культур может снижаться под влиянием 160 видов бактерий, 250 вирусов, 8000 патогенных грибов, 8000 насекомых и 2000 сорняков (Debruch, 1981: Eich, 1981: Kott, 1961; Шоу, Дженсен, 1977).
Более чем 30-летний опыт активной химической борьбы с вредными видами фауны и флоры показал полную бесперспективность одностороннего, основанного преимущественно на использовании пестицидов подхода к обеспечению экологического равновесия в агроэкосистемах. Несмотря на значительный рост количества и ассортимента применяемых пестицидов, болезни, вредные насекомые, нематоды и сорняки ежегодно уничтожают до 40% потенциальной сельскохозяйственной продукции, стоимость мировых потерь которой оценивается в 12-25 млрд. долларов (Wittwer, 1970). Так, в США ежегодные потери от болезней, вредителей и сорняков достигают около 20-25% стоимости получаемой сельскохозяйственной продукции (Крам-мел, Дайер, 1987). При этом только на посевах ячменя и пшеницы, из-за поражения болезнями, теряется более 1/3 урожая (Growdy, 1971), а убыток от засоренности полей превышает 8 млрд. долларов в год (Ладонин, 1986).
В отличие от культурных растений вредные виды фауны и флоры обладают громадным потенциалом приспособляемости как к неблагоприятным условиям внешней среды, так и к большинству факторов интенсивного земледелия. Процесс накопления возбудителей болезней и вредителей в агроце-нозах значительно усиливается при использовании высоких доз азотныхудобрений и загущении посевов, а также в случае перехода к монокультуре или севооборотам короткой ротации. Чем однотипнее по видовому составу культивируемых растений агроэкосистема, чем больше площадь одновидово-го массива, тем выше вероятность их поражения вредными видами и тем ниже эффективность химической обработки (Жученко, 1990).
С переходом к севооборотам с короткой ротацией существенно изменяется состав возбудителей болезней, вредных видов насекомых и сорняков. Так, по данным Diercks (1983), насыщение севооборотов зерновыми культурами в условиях ФРГ привело к значительному распространению у зерновых возбудителей черной ножки, карликовой головни и гнили озимой пшеницы, у картофеля - возбудителей черной ножки и увядания.
Грибные болезни могут наносить значительный ущерб, как уже говорилось выше, посевам зерновых культур. Среди них наиболее распространены корневые гнили. Как считают П.Ф. Попов и В.Г. Безуглов (2000), источником корневых гнилей могут быть как семена, так и почва, последняя для некоторых видов гнилей является единственным источником. Одним из главных мероприятий по борьбе с этим заболеванием является севооборот. Предшественники оказывают неодинаковое фитосанитарное последействие на почву и способности подавления заразного начала. Академик Д.Н. Прянишников (1963) писал, что истощение почвы можно восстановить путем внесения удобрений, нужное строение почвы - с помощью внесения органических удобрений и механической обработки, но с болезнями культур часто без правильного севооборота невозможно справиться.
С увеличением в севообороте доли одновидовых культур, а, следовательно, и повторных посевов степень поражаемости возрастает, а урожайность снижается. Так, при увеличении доли пшеницы в севообороте с 25 до 100%, поражаемость ее корневыми гнилями в фазу молочной спелости увеличивалась с 34,5 до 60,0%, урожайность при этом снижалась на 5,5 ц/га (Комплексная оценка предшественников..., 1985).
Степень пораженности корневыми гнилями можно регулировать, подбирая в севообороте разновидовые предшественники. Повторный посев пшеницы по пшенице способствовал накоплению инфекций (99,7%) и привел к значительному снижению урожайности (10,9 ц/га). Введение в севооборот чистого пара и пропашных культур снизило процент пораженных растений корневыми гнилями до 67,9 и 68,2% и повысило урожайность пшеницы по этим предшественникам (18,9, 27,4 ц/га). Аналогичная закономерность наблюдается и у озимой ржи. При размещении озимой ржи по чистому пару и кукурузе пораженность растений снижалась с 50,3% до 22,3 и 30,0% соответственно. Урожайность озимой ржи при повторном посеве составляла 28,7 ц/га, при посеве по чистому пару повышалась до 40,1, кукурузе - до 32,5 ц/га (Комплексная оценка..., 1985).
Распространенность корневых гнилей и развитие болезни в наших опытах определяли в фазу кущения и в перед уборкой урожая. Наибольшая пораженность растений корневыми гнилями отмечена в фазу налива зерна. Учет пораженности зерновых культур во все годы исследований показал, что сильнее поражались озимая рожь и ячмень, в меньшей степени - яровая пшеница, а затем - овес. Исследования, проведенные в севооборотах при высоком насыщении зерновыми (1982-1987 гг.) показали, что наличие инфекции в севооборотах было в прямой зависимости от набора культур (табл. 67). В своих опытах мы не использовали химические препараты для борьбы с болезнями зерновых культур. Анализ заболевания корневыми гнилями в фазу кущения показал, что поражение растений было достаточно высоким, в среднем по севооборотам 21,1-26,1%. С насыщением севооборотов зерновыми до 83,4% пораженность растений в этих севооборотах повышалось в отдельные годы с 10,0 до 36,1%, а развитие болезни - с 3,4 до 20,8%.
Агрохимические показатели плодородия почвы в севооборотах
Пищевой режим - один из важнейших показателей эффективного плодородия почвы. Сельскохозяйственные растения, обладая разной биологией, неодинаково влияют на свойства почвы, особенно на содержание и трансформацию биогенных элементов.
Основные запасы элементов питания в почве содержатся в форме органического вещества (гумуса), в котором сконцентрировано 98% почвенного азота, из него лишь 2-3% содержится в минеральных соединениях, непосредственно доступных растениями, 60% фосфора, 80% серы. В почве содержится значительное количество калия, но только 2% общего запаса составляет легкодоступный для растений калий (Жукова, Силаева, 1966).
Азотный режим. Азот является одним из главных элементов питания растений (Прянишников, 1953, 1955). Определенная роль азота, как основного фактора плодородия почв получила развитие в классических трудах И.В. Тюрина (1965) по органическому веществу почвы. Учитывая его запасы в почвах, он пришел к выводу, что поддержание и восстановление плодородия почв при их сельскохозяйственном использовании неразрывно связано с поддержанием запаса азота в почве в форме гумусовых веществ. В почве 95-98% азота содержится в виде органического вещества, и лишь небольшое количество (2-3%) азота находится в минеральных соединениях, которые непосредственно доступны растениям. Общее количество азота в почвах обычно в пределах 0,04-0,5% (Штефан, 1981). В основном запасы азота в почве пополняются за счет внесения органических и минеральных удобрений.
А.В. Петербургский (1979) отмечает, что доля азота удобрений в урожае составляет 52%, а почвы - до 48%. С повышением дозы азотных удобрений увеличивается и доля азота удобрений в формировании урожая, а доля почвенного азота соответственно снижается. В земледелии зерновые являются главными потребителями азота. При ежегодном сборе зерна во всем мире около 1,2 млрд.т расход азота группой зерновых достигает 39,6 млн.т.
Результаты опытов по изучению пищевого режима, полученные в самых различных климатических условиях, свидетельствуют о том, что из всех агротехнических мероприятий, оказывающих влияние на усиление нитрификации в пахотном слое, выделялась интенсивная обработка пара. В паровом поле создаются наиболее благоприятные условия аэрации, водного и температурного режима для микробиологических процессов. Поэтому содержание нитратов в почве парового поля всегда выше, чем на других полях (Шапошникова и др., 1992).
В опытах М.И. Сидорова (1993) при изучении предшественников озимой пшеницы перед ее посевом наибольшее количество нитратов было по черному пару - 52,6 мг/кг. За период парования содержание нитратов увеличилось на 32,5 мг/кг. По занятым парам (горохо-овсяному и вико-овсяному) их количество в слое 0-40 см составляло 20,9-21,5 мг/кг. По непаровым предшественникам (горох на зерно) содержание нитратов возросло до 23,4-22,2 мг/кг.
Влияние различных паров на накопление NO3 в дерново-подзолистых почвах длительное время изучалось на опытном поле ТСХА (Дояренко, 1963). В чистом пару процесс накопления нитратов во все сроки наблюдения проходил более интенсивно, так как почва здесь поддерживается в рыхлом и влажном состоянии. На втором месте был пар, занятый картофелем. Меньше всего нитратов было под вико-овсяным паром.
В районах достаточного увлажнения более благоприятно пищевой режим для озимой пшеницы складывается на парах, занятых бобовыми культурами. Во ВНИИ зернобобовых и крупяных культур (Лосев, Еремин, 1977) горох в паровом звене севооборота оказал лучшее действие на режим азотного питания озимых культур в сравнении с вико-овсяной смесью и кукурузой и стоял на одном уровне с клеверным, черным и сидеральным парами (цитировано по Дудкину, 1997).
В условиях Кировской области положительное влияние чистого пара и пропашных предшественников на условия азотного питания озимой ржи ограничивается начальным осенним периодом ее роста, а бобовых культур -наиболее проявляется в весенне-летний период вегетации озимой ржи. В холодные с переувлажнением годы перед посевом озимой ржи в почве содержится одинаково мало нитратов - как после чистого пара, так и после других предшественников (Опарин, Семеновых, 1974). В опытах Зыряновой А.Н. (1984) под зерновыми и клевером содержание нитратов было 2,17-3,51, а на чистых площадках оно увеличивалось до 3,76-4,41 мг/100 г почвы. Содержание их под растениями уменьшалось с весны к периоду уборки.
Исследования И.П. Макарова (2002) показывают, что в первый год после углубления пахотного слоя, под картофелем количество нитратов увеличивается с весны к лету и уменьшается к концу вегетационного периода. Это связано с тем, что весной почва бывает еще слабо прогрета, влажность ее высокая, меньше аэрация и деятельность микроорганизмов по этим причинам ослаблена. По мере прогревания почвы деятельность микроорганизмов усиливается и увеличивается содержание нитратов. Период максимального содержания нитратов приходится на июнь-июль, в этот период на картофеле проводятся междурядные обработки почвы, а растения еще слабо развиты и мало потребляют питательных веществ. По мере роста и развития растений содержание нитратов в почве уменьшается в связи с большим потреблением ими питательных веществ.
В исследованиях А.Н. Зыряновой (1975) также отмечается тенденция увеличения нитратов в почве к середине лета и снижение их количества к концу вегетации: в мае количество нитратов под картофелем составило 26,4 мг/кг, в июле - 37,8, а перед уборкой - 1,14 мг/кг.
Роль севооборотов в поддержании плодородия почвы, особенно в настоящее время, когда удобрения практически не вносятся, велика. Предшественники оказывают неодинаковое влияние на пищевой режим последующей культуры, и это зависит от многих причин: поступления растительных остатков, распределения корней в пахотном слое, глубины их проникновения в почвенную толщу, выноса питательных веществ, уплотняющего действия корней и орудий обработки на почву, фитосанитарных условий, количества и распределения осадков и др. В связи с этим, нами была поставлена задача: в условиях существующего уровня внесения удобрений изучить пищевой режим культур по предшественникам в севооборотах.
Наши исследования (1982-1987 гг.) показывают, что обеспеченность нитратами в почве пахотного слоя в фазу кущения растений в различных по насыщению зерновыми культурами севооборотов, была достаточно высокой - 29,2-31,2 мг/кг почвы. Нужно отметить, что количество нитратов уменьшалось к уборке до 8,9-12,5 мг/кг (табл. 81).
