Введение к работе
Актуальность исследований. Реформирование агропромышленного комплекса страны и переход на рыночные отношения привели к экстенсифи-кации земледелия. Научно-обоснованные системы земледелия часто не применяют. Структура посевных площадей нарушается, не соблюдаются севообороты, не используются резервы пополнения почвы органическим веществом и элементами питания (Сычов В.Г., 2008).
При существующей структуре посевных площадей, системе севооборотов, применяемых агротехнических мероприятиях и уровнях урожайности сельскохозяйственных культур поступление органического вещества с корневыми и пожнивными остатками, а также вносимое количество органических удобрений не восполняют потерь гумуса при его минерализации (Воробьев С.А., Лошаков В.Г., 1996; Еськов А.И., 2008).
В результате за последние десятилетия содержание гумуса в почвах значительно снизилось. Особенно интенсивно этот процесс происходит в высо-когумусированных черноземных почвах лесостепи Среднего Поволжья, на долю которых в Пензенской и Ульяновской областях приходится 78 и 65% сельхозугодий, в лесостепной зоне Самарской и Саратовской областей соответственно 71 и 47%.
Нехватка навоза, большие затраты на его внесение обусловили поиск путей обогащения почвы органическим веществом за счет использования нетрадиционных удобрений, в т. ч. осадков сточных вод (ОСВ).
Широкое применение биологических факторов повышения плодородия почвы в современных условиях также является выходом из сложившейся ситуации.
Биологическое земледелие предполагает решение проблемы воспроизводства агроэкологических ресурсов на основе активизации почвенных биологических процессов и исключением сильных антропогенных воздействий на почву и компоненты агробиоценозов. Причем биологические факторы не должны полностью подменять антропогенное воздействие, а лишь снижать его негативное действие и предотвращать дальнейшую деградацию почвы.
Одной из основных проблем биологического земледелия является воспроизводство органического вещества почвы за счет вовлечения в биологический круговорот наибольшего количества фитомассы, сформированной сельскохозяйственными культурами. Это позволит замкнуть круговорот веществ и энергии в агробиоценозах и сохранить экологическое равновесие (Кружков, 2007).
В связи с этим, в современном земледелии актуальны работы по научному обоснованию применения элементов биологизации на основе поступления необходимого количества органической массы для воспроизводства плодородия почвы, повышения протекающих в ней биологических процессов, уменьшения степени её деградации и сохранения агрономических свойств.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научно-теоретическом обосновании приемов сохранения плодородия выщелоченных черноземов при получении высоких урожаев за счет оптимизации систем удобрения в севооборотах, а также использования в качестве удобрения ОСВ г. Пензы, подборе сидеральных культур, их смесей и способов их использования в полевых севооборотах, разработке и совершенствовании технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общей продуктивности севооборотов.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
изучить влияние различных систем удобрения на агрофизические и водно-физические свойства почвы, биологическую активность почвы и обеспеченность посевов элементами питания в специализированных конопляных севооборотах;
оценить действие различных систем удобрений на урожайность и качество продукции в специализированных конопляных севооборотах;
определить продуктивность севооборотов с разной степенью насыщения коноплей при различных системах удобрений (уровнях биологизации), дать энергетическую оценку при использовании средств биологизации;
выявить возможности применения ОСВ г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепной зоны Среднего Поволжья в качестве удобрений;
изучить влияние удобрительных доз ОСВ (10-50 т/га) на агрофизические свойства черноземов выщелоченных;
установить эффективность действия и последействия ОСВ на рост растений, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;
определить для условий региона набор наиболее продуктивных и адаптированных сидеральных культур при возделывании в сидеральных парах на черноземах выщелоченных;
установить влияние сидеральных культур на агрофизические, агрохимические показатели и биологическую активность почвы;
подобрать наиболее эффективные сидеральные смеси и нормы высева их компонентов, обеспечивающие повышение плодородия почвы, определить количество и удобрительную ценность поступающей в почву сиде-ральной органической массы;
оценить влияние зеленого удобрения на урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;
определить баланс гумуса за ротацию зернопарового севооборота;
изучить влияние различных видов сидерации на общую продуктивность и энергетическую эффективность севооборотов;
разработать и предложить производству комплекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранение плодородия почв в севооборотах с сидеральными парами.
Научная новизна. Приведены результаты многолетних комплексных исследований по совершенствованию систем земледелия в целях воспроизводства плодородия почвы путем активизации биологических факторов.
Впервые в специализированных конопляных севооборотах установлено влияние различных систем удобрения на особенности роста и развития культур, их продуктивность и почвенное плодородие. Предложены элементы биологизации, позволяющие повысить продуктивность севооборота на 30-40% при сохранении плодородия.
Доказана возможность применения осадков сточных вод г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья в качестве удобрений. Исследовано влияние ОСВ на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства, а также на урожайность сельскохозяйственных культур. Подобраны экологически безвредные нормы внесения ОСВ. Определены культуры, дающие экологически безопасную продукцию при возделывании с ОСВ.
В результате многолетних исследований установлен набор сидеральных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия почвы, улучшение её фитосанитарного состояния и качества продукции последующих культур.
Дана сравнительная оценка чистых и сидеральных паров в севооборотах при различных системах удобрения.
Установлены агроэкологическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации.
Изучена удобрительная ценность сидеральной массы различных сельскохозяйственных культур и смесей, способы заделки в почву, влияние на свойства почвы, рост и развитие растений, продуктивность севооборотов и качество продукции.
Разработаны приемы совершенствования технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общую продуктивность севооборота.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании многолетних исследований производству рекомендованы системы удобрения, снижающие вредные антропогенные воздействия на почву и культурные растения.
Обоснованы экологически безопасные и энергетически целесообразные удобрительные дозы осадков сточных вод для черноземов лесостепной зоны Среднего Поволжья.
На основании скрининга предложены культуры, положительно реагирующие на внесение ОСВ в качестве удобрений и обеспечивающие при этом получение экологически безвредной продукции.
Рекомендован набор сидеральных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия черноземов выщелоченных и улучшающий их фитоса-нитарное состояние в зернопаровых севооборотах.
Выявлено положительное влияние различных видов и способов использования сидерации на рост, развитие, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур.
Определена агротехническая, экономическая, энергетическая и экологическая эффективность сидерации в севооборотах на черноземах выщелоченных.
Разработаны и предложены приемы активизации почвенных биологических процессов в севооборотах с разными уровнями биологизации. Обоснована роль сидеральных паров, применение на удобрение побочной продукции.
Использование факторов биологизации позволит улучшить агрофизические, агрохимические и биологические показатели плодородия почвы, повысить урожайность культур севооборота при общем улучшении экономических показателей.
Разработанные ресурсосберегающие приемы технологии возделывания сидеральных культур обеспечивают биологизацию и экологизацию растениеводства, воспроизводство плодородия почвы, экономию материально-технических средств и получение в достаточных объёмах высококачественной продукции растениеводства.
Основные положения, выносимые на защиту:
биологизированная система удобрений в специализированных конопляных севооборотах в лесостепи Среднего Поволжья, способствующая повышению их продуктивности при сохранении плодородия пахотных почв;
дозы применения осадков сточных вод г. Пензы в качестве удобрений на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья;
влияние осадков сточных вод на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства а также на урожайность сельскохозяйственных культур;
обоснование применения наиболее продуктивных и экономически вы
годных сидеральных культур и их смесей для возделывания в парах и в про
межуточных посевах на черноземах выщелоченных;
особенности формирования смешанных агрофитоценозов бобово-капустных сидеральных культур;
технологические приемы повышения эффективности короткоротаци-онного зернопарового севооборота, включающие применение органических (сидеральные культуры) и минеральных удобрений, способы заделки сидера-тов, обеспечивающие сохранение и повышение плодородия почв, повышение урожайности полевых культур;
агроэкологическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации в изучаемых севооборотах.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на ежегодных отчётах ГНУ Пензенский НИИСХ (1993-2011 гг.); Международных и Всероссийских научно-практи-
ческих конференциях: I Международной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия» (Ставрополь, 2001), IV Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы плодородия почв на современном этапе развития» (Пенза, 2002), международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию Самарского НИИСХ имени Н.М. Тулайкова и 70-летию Поволжского НИИСХ им. П.Н. Константинова (Самара, 2003), международной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза-Нейбранденбург, 2003), IX Всероссийской научно-практической конференции «Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур» (Пенза, 2005), Всероссийском совещании Географической сети опытов с удобрениями (Москва, 2008), всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности и агропромышленном комплексе» (Пенза, 2011) и др.
Разработки апробированы в производственных условиях и внедрены в хозяйствах Пензенской области. Результаты исследований автора вошли в региональные рекомендации производству: «Концепция развития биологического земледелия в Пензенской области. Применение удобрений в биологическом земледелии» (1994), «Практическое руководство по применению сидерации в Пензенской области» (2005), «Возделывание среднерусской однодомной конопли в лесостепи Среднего Поволжья: Практические рекомендации» (2011).
Под руководством автора защищена одна кандидатская работа.
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации автором опубликовано 42 печатных работ, в том числе 15 в изданиях, по перечню, рекомендованному ВАК РФ.
Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций производству, списка цитируемой литературы, включающего 622 источника, в том числе 72 иностранных. Работа изложена на 389 страницах компьютерного текста и содержит 102 таблицы и 18 рисунков и 55 приложений.
