Содержание к диссертации
Введение
Глава I Обзор литературы 6
1.1 Агроэкологическая характеристика склоновых земель Нечернозёмной зоны России 6
1.2 Влияние почвозащитных приёмов обработки и гербицидов на показатели плодородия эродированной почвы 17
1.3. Оценка действия почвозащитных технологий обработки почвы, гербицидов на засорённость посевов и урожайность полевых культур 37
Глава II Программа, методика и условия проведения исследований 47
2.1 Цель и задачи исследований 47
2.2 Схема опыта и методика 48
2.3 Программа, методы исследований, наблюдений и учётов 51
2.4 Агроэкологические условия проведения опытов, и агрохимическая характеристика почвы 53
2.5 Агроклиматические условия в годы проведения исследований 54
Глава III Действие почвозащитных приёмов обработки почвы и систем гербицидов на плодородие склоновых земель 58
3.1 Накопление и распределение гумуса в зависимости от приёмов обработки почвы 58
3.2. Накопление растительных и пожнивных остатков в зависимости от технологий возделывания полевых культур 68
3.3 Изменение содержания общего азота при разных по интенсивности системах обработки почвы и гербицидов 75
3.4 Изменение содержания подвижного фосфора и обменного калия 79
3.5. Влияние дифференциации пахотного слоя по плодородию на урожайность кукурузы 88
Глава IV Действие почвозащитных приёмов обработки и систем гербицидов на состав и структуру агрофитоценоза 90
4.1. Изменение численности сорного компонента 90
4.2 Характер распределения сорных растений по элементам склона 101
4.3 Накопление воздушно-сухой массы сорным компонентом в посевах полевых культур зернотравяного севооборота при разных системах обработки почвы и гербицидов 108
Глава V Действие почвозащитных технологий обработки почвы и систем гербицидов на продуктивность разных агрофитоценозов 140
5.1 Урожайность полевых культур при разных по интенсивности приёмах почвозащитной обработки и гербицидов 140
5.2 Продуктивность севооборота 146
5.3. Накопление и соотношение структурных компонентов биомассы различных агробиоценозов на склоновых землях 151
Глава VI Экономическая и энергетическая оценка применения почвозащитных систем обработки почвы ... 172
6.1. Экономическая оценка почвозащитных систем обработки почвы и гербицидов 172
6.2. Энергетическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур 175
Выводы 181
Рекомендации производству 183
Список использованной литературы 185
Приложения. 203
- Влияние почвозащитных приёмов обработки и гербицидов на показатели плодородия эродированной почвы
- Программа, методы исследований, наблюдений и учётов
- Накопление растительных и пожнивных остатков в зависимости от технологий возделывания полевых культур
- Характер распределения сорных растений по элементам склона
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение плодородия почвы, охрана ее от эрозии и деградации, предотвращение ухудшения качества окружающей среды, улучшение экологии агроландшафтов - основополагающее стратегическое направление в современном земледелии (Б.А. Доспехов, 1986; И.С. Шатилов 2000; А.Н. Каштанов, 2003). Переход к ресурсосберегающему земледелию предполагает дальнейшую интенсификацию, биологизацию и экологизацию земледелия, в котором первостепенное значение приобретает разработка и освоение элементов земледелия основанных на низкозатратных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. Условия и структура затрат по производству продовольствия в настоящее время сильно изменилась. Возросли затраты на удобрения, пестициды, энергоносители, технику. В связи с этим наметился переход на ресурсосберегающие почвозащитные агротехнологии с таким расчетом, чтобы не только сохранить, но и обеспечить расширенное воспроизводство плодородия почвы на равнинных и склоновых землях Нечерноземной зоны. В настоящее время среди острейших проблем сельского хозяйства важное место занимает деградация почвенного покрова вследствие водной эрозии (И.С. Кочетов, 1995; Г.И. Баздырев, 2005.) В этой связи возникла необходимость поиска путей оптимального сочетания почвозащитных технологий обработки склоновых земель с эффективной системой регулирования сорного компонента агро-фитоценоза.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований являлось изучение длительного влияния почвозащитных обработок почвы и систем гербицидов на динамику изменения показателей плодородия склоновых земель, интенсивность формирования агрофитоценозов возделываемых культур, а также оценка показателей агрономической эффективности технологий.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
изучить влияние длительного применения ресурсосберегающих почвозащитных технологий возделывания полевых культур на содержание органического вещества, обеспеченность растений элементами питания и дифференциацию пахотного слоя по плодородию;
выявить эффективность действия совместного применения разных по интенсивности систем обработки почвы и гербицидов разной степени фито-токсичности на видовой состав агрофитоценоза, потенциальную и фактическую засорённость склоновых земель;
определить эффективность действия различных приёмов почвозащитных технологий обработки почвы на вредоносность сорного компонента, накопление и распределение корневых систем сельскохозяйственных культур и
органов вегетативного размножения многолетних сорных растений по элементам склона;
изучить влияние комплексного применения почвозащитных технологий обработки почвы и систем гербицидов на урожай и продуктивность севооборота и определить соотношение их структурных компонентов;
дать агрономическую, энергетическую и экономическую оценку разных по интенсивности систем обработки почвы и гербицидов в севообороте.
Научная новизна. Впервые в Нечерноземной зоне России изучено действие и последействие ресурсосберегающих почвозащитных систем обработки почвы и систем гербицидов разной степени насыщения в зернотравяном севообороте на биологические и агрохимические показатели плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы разной степени эродированности. Определены эффективные пути оптимизации применения систем гербицидов при разных по интенсивности приемах механической обработки почвы. Доказано, что при отвальных системах обработки почвы экологически и экономически оправдано применение гербицидов с 50% насыщением севооборота, а при минимальных - необходимо применять гербициды с 75-100% насыщением севооборота, т.е. применять их ежегодно. Обоснована необходимость дифференцированного подхода к применению систем гербицидов не только с учетом способа, глубины и интенсивности обработки почвы, но и геоморфологических особенностей различных элементов склона.
Практическая ценность и реализация результатов. Экспериментальные данные диссертации включены в методические рекомендации «Почвозащитные ресурсосберегающие технологии возделывания полевых культур на эрозионно-опасных и равнинных агроландшафтах Нечернозёмной зоны», РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2009г.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований были доложены на научных конференциях посвященных 100-летию со дня рождения М.Я. Березовского и 80-летию профессора Б.А. Доспехова; на научных конференциях РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева в 2003, 2004, 2005, 2006 годах; Всероссийской конференции "Молодые ученые - сельскому хозяйству России". По теме диссертации выполнено 12 дипломных работ. Материалы исследований опубликованы в 6 статьях, в том числе 2 в журналах перечня ВАК РФ и методических рекомендациях.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 59 таблиц, 28 рисунков и состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству и 17 приложений. Список использованной литературы включает 150 источников, в т.ч. 20 иностранных авторов.
Влияние почвозащитных приёмов обработки и гербицидов на показатели плодородия эродированной почвы
Механическая обработка почвы является одним из наиболее простых и доступных средств повышения эффективного плодородия. По масштабам применения это самый массовый приём воздействия на почву. Без того или иного вида механической обработки почвы не возделывается ни один гектар посева (Сдобников С.С., 1994).
Одним из самых обсуждаемых и изучаемых является вопрос о необходимости оборота пласта и глубине обработки почвы. Ещё Менделеев Д.Н. (1884) писал, что мульчирование почвы, проведённое непосредственно после уборки культуры, по своему эффекту равнозначно вспашке и поэтому её применение можно ограничить (Конищева Е.Н., 2000).
Другой русский учёный, один из основателей почвоведения как науки, Костычев П.А. (1949) писал: «Если мы станем пахать землю, переворачивая и перемешивая её, то она от этого только скорее сильно высохнет, а в сухой почве гниение идёт гораздо слабее. Стало быть мы будем работать во вред себе» (Докучаев В.В., 1953).
Ротмистров В.Г. (1913) на Одесском опытном поле, изучая в течение 19 лет, влияние глубины обработки на урожайность возделываемых культур установил, что в более влажные годы лучшие результаты показала глубокая вспашка, проведённая осенью. В засушливые годы, при поздних сроках подготовки почвы, предпочтительнее поверхностная обработка.
Накопленные отечественными агрономами классические данные о преимуществах глубоко окультуренного пахотного слоя были обобщены академиком Вильямсом В.Р. в его учении о травопольной системе земледелия, где за систему обработку почвы была принята ежегодная культурная вспашка плугами с предплужниками.
Мальцев Т.С. (1988) рекомендовал проводить глубокую до 50 см безотвальную обработку почвы плугами без отвалов с обтекаемыми стойками. Наиболее строгое научное и практическое обоснование безотвальная обработка почвы получила в работах академика Бараева А.И. и его последователей. Система обработки почвы с использованием плоскорезов нашла применение и в зонах проявления водной эрозии (Арнт В.А., 1975).
Основными направлениями ресурсосбережения в земледелии являются: ограничение интенсивности проявления негативных процессов и рациональ ное использование природных и антропогенных ресурсов; разработка системы энерго- и ресурсосберегающих приемов, технологий.
Обработка почвы - одна из энергоемких операций в земледелии. На нее приходится 40 % энергетических и 25 % трудовых затрат от всего объема полевых работ по возделыванию и уборке культур. Если все виды обработки при возделывании сельскохозяйственных культур пересчитать на вспашку, то на 1 га пашни ежегодно перемещается 6000 т почвы.
С интенсивностью приемов обработки почвы связано ухудшение ее физического состояния. В процессе всего комплекса полевых работ сельскохозяйственная техника обычно проходит по полю в зависимости от культуры 5-15 раз, суммарная площадь следов составляет 100 - 200 % площади поля.
По оценкам ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, энергетические затраты на проведение традиционной вспашки на 20 - 22 см под озимые зерновые культуры составляют 1813 МДж/га, а поверхностной обработки дисковой бороной в два следа с последующим боронованием - только 673 МДж/га. При этом применяемые интенсивные системы обработки с преобладанием вспашки часто не соответствуют агроландшафтным условиям и не имеют достаточного экологического и энергетического обоснования.
Технологическая основа применяемого в настоящее время направления интенсификации сельского хозяйства базируется на увеличении ресурсного обеспечения и требует опережающего роста затрат не возобновляемых ресурсов по отношению к приросту получаемой продукции.
По расчетам А. А. Жученко (1994), затраты не возобновляемой энергии (минеральные удобрения, пестициды, химические мелиоранты, топливо, электроэнергия, средства механизации) в количестве 15 ГДж/га являются той границей, за которой ее дополнительное потребление уже представляет реальную опасность для окружающей среды.
Программа, методы исследований, наблюдений и учётов
Программа исследований включала определение биологических и агрохимических показателей плодородия склоновых земель, учёт засорённости посевов, определение вредоносности сорных растений, накопление и распределение корневых систем возделываемых культур. Так же проводились фенологические наблюдения и учёты урожайности. Отбор проб при полевых и для лабораторных исследований проводился рендомизированным методом, что обеспечивало высокую репрезентативность выборок. Образцы для исследований отбирались со всех повторений опыта. Программой исследований предусматривалось: 1. Изучение фенологии культур с целью своевременного внесения гербицидов, учётов засорённости и урожайности. Отмечались следующие фазы роста и развития зерновых: всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, налив и созревание; у клевера красного - отрастание корневой розетки листьев, стеблевание, ветвление, бутонизация и цветение. В каждой фазе начало считали, когда 10% вступило в данную фазу, а полную - когда в неё вступало 70%. 2. Влажность почвы определялась методом термической сушки. 3. Учёты распределения корневых систем культур и органов вегетативного размножения многолетних сорных растений проводили по слоям 0 -10см, 10 - 20см и 20 - 40см рамочным методом Станкова с использованием рамки 30,2x33,3см (0,1м2). Отмывку корневых систем проводили вручную через сито с диаметром отверстий 0,5мм. 4. Для характеристики обеспеченности растений элементами питания были проведены следующие химические анализы: определение гумуса - по Тюрину в модификации ЦИНАО (ОСТ 46 47 - 76), подвижного фосфора и обменного калия - по Кирсанову в модификации ЦИНАО (ОСТ 46 40 - 76), рНсол - потенциометрически (ОСТ 46 49 - 76). Отбор образцов на определение агрохимических показателей плодородия проводили в начале вегетации (фаза кущения овса) по слоям 0-10, 10 — 20 и 20 - 40см. 5. Для определения засорённости посевов овса, ячменя с подсевом клевера, и озимой пшеницы за вегетацию проводилось три учёта: в фазу кущения - количественно-видовым методом; через 30-40 дней после обработки гербицидами - количественно весовым и в фазу молочно-восковой спелости, перед уборкой зерновых так же количественно весовым методом.
В посевах многолетних трав проводили два учёта за вегетацию: в фазу стеблевания -количественный и в фазу бутонизации - количественно-весовой. Численность сорных растений определяли подсчётом их стеблей на четырёх площадках, при наложении рамки площадью 0,25м". Сухая масса определялась путём удаления сорных растений с последующей сушкой до воздушно-сухого состояния. 6. Урожайность зерновых культур и зелёной массы многолетних трав 1 г.п. учитывали при прямом комбайнировании. Урожайные данные зерновых пересчитывали на 100% чистоту и 14% влажность, а зелёной массы многолетних трав на 16% влажность. Экспериментальные данные обрабатывали методом дисперсионного анализа для многофакторных полевых и вегетационных опытов по Б.А. Дос-пехову(1985). 7. Экономическую и энергетическую эффективность рассчитывали по типовым технологическим и энергетическим картам возделывания полевых культур.
Накопление растительных и пожнивных остатков в зависимости от технологий возделывания полевых культур
Масса корневых и пожнивных остатков полевых культур и сорных растений и их распределение по слоям корнеобитаемого слоя играет важную роль в регулировании содержания органического вещества почвы.
В пахотном слое находится от 80 до 95% общего количества корней, из которых значительная часть ложится на корни деятельные, сосущие. Качин-ский Н.А. (1966) отмечал, что с первого же взгляда нас поражает резкое смещение корней в пахотный слой и ничтожное их количество в нижележащих уплотнённых горизонтах.
Изучаемые нами факторы: рельеф, почвозащитные технологии обработки почвы, системы и степень насыщения севооборота гербицидами, изменяя агроэкологические условия развития растений и распределение элементов питания по слоям почвы, влагообеспеченность посевов, плотность, сложение почвы и т.д.) влияют на мощность развития и характер распределения корневых систем возделываемых культур по частям корнеобитаемого слоя.
Масса корневых систем характеризует способность культуры захватывать объём почвы, улучшая условия питания растений. Данные наших учётов накопления общей массы и распределения корневых систем возделываемых культур по слоям верхней части почвенного профиля (0 - 40см) свидетельствуют о наличии зависимости между интенсивностью её развития и интенсивностью механической обработки почвы (табл. 9).
Применение безотвальных систем обработки почвы существенно снижает массу корневых систем возделываемых в севообороте полевых культур. В посевах овса (2003г.) при отвальной обработке почвы накапливалось 2,89 т/га корневых остатков, на плоскорезной - 2,23 т/га, что на 23% меньше, а на минимальной 2,62т/га, что меньше контроля на 9,4%. Максимальное накопление корневых систем отмечается на вспашке с плоскорезом 3,05т/га, что превышает их массу в вариантах со вспашкой на 5,4%.
В посевах ячменя с подсевом клевера (2004г.) наблюдается та же закономерность: на плоскорезной и минимальной обработках воздушно — сухая масса корневых систем снижалась на 8,2% и 2,3% соответственно по сравнению со вспашкой. На варианте сочетания вспашки на глубину 20 - 22см и плоскорезной обработкой на 25 - 27см наблюдалось существенное (14,9% или 0,68т/га) увеличение массы корневых систем.
В посевах клевера (2005г.) существенных различий в накоплении массы корней между вспашкой и безотвальными приёмами обработки почвы не наблюдалось, а на варианте вспашки с дополнительной глубокой плоскорезной обработкой отмечали увеличение массы корневых систем клевера на 19,4% по сравнению со вспашкой. Этот эффект связан с положительным последействием дополнительной глубокой обработки на формирование большей корневой массы за счёт глубокого её проникновения в разрыхлённые подпахотные слои почвы.
При возделывании озимой пшеницы (2006г.) различий в действии изучаемых приёмов обработки почвы на накопление корневых остатков не выявлено, что объясняется аномально сухим летнее - осенним периодом (за последние 100 лет это самый сухой август). Недостаток осадков в период проведения основной обработки обусловил высокую глыбистость поверхности поля, что вызвало необходимость дополнительных механических обработок для дробления глыб и создания качественного посевного слоя. Это нивелировало различия в сложении корнеобитаемого слоя по вариантам обработок.
Различные по глубине, способу и периодичности приёмы основной обработки, создавая гомогенное или гетерогенное строение корнеобитаемого горизонта по плодородию, вызывали перераспределение корневых систем по слоям почвы (рис И). В вариантах плоскорезной обработки почвы наблюдалось резкое увеличение массы корневых систем в верхнем (0 - 10см) слое почвы, где прирост составил в среднем по всем культурам 10%. Такая же тенденция отмечается и на минимальной обработке по отношению к вспашке в посевах овса и клевера. На вариантах сочетания вспашки с плоскорезной обработкой отмечается более мощное развитие корневых систем в подпахотном слое почвы за счёт более рыхлого его сложения.
За время проведения исследований (2003-2006гг.) нами вычленено также действие разных систем гербицидов на накопление корневых остатков, которое сильнее проявлялось в посевах яровых культур, чем озимых и клевера. Это, по нашему мнению, связанно с их слабой конкурентноспособностью в подавлении сорного компонента агрофитоценоза и как следствие, с более сильной степенью засорения посевов яровых.
В посевах овса, где в 2003г. применялся Агритокс отмечали существенное снижение накопления массы корневых систем в варианте со 100% насыщением при всех системах обработки.
Характер распределения сорных растений по элементам склона
Рельеф местности, определяя условия роста и развития возделываемых культур, формирует характерный агрофитоценоз склоновых земель с дифференциацией сорного компонента по ботаническому составу на различных элементах склона. Это обусловлено различными требованиями сорных растений к условиям и факторам жизни, наличие которых по склону не одинаково. По этому, необходимо учитывать эти особенности при разработке эффективных агротехнических и химических мер борьбы с сорными растениями на склоновых землях.
Проблема борьбы с засорённостью полей при специализации севооборотов, и особенно, при насыщении севооборотов зерновыми культурами является одной из основных в условиях интенсивного земледелия. По данным Г.И. Баздырева (2005) урожаи зерновых на засорённых полях снижаются на 20-25% и более.
На склоновых землях интенсивно развиваются эрозионные процессы, которые снижают плодородие почвы и приводят к ухудшению её фитосани-тарного состояния.
Одним из важных элементов почвозащитной ресурсосберегающей системы земледелия является эффективная борьба с сорными растениями. В современных адаптивно-ландшафтных системах земледелия, применяемых в Нечерноземной зоне, необходимо использовать разработанные наукой и проверенные практикой методы уничтожения сорняков (агротехнические, химические, биологические и комплексные) с учетом фитосанитарного состояния посевов и почвы в условиях применения почвозащитных технологий возделывания культур на склоновых землях, где фитосанитарный эффект от применяемых технологий должен быть особенно высоким из-за более низкого их плодородия. При этом необходимо помнить, как велика роль механической обработки почвы в уровне ее фитосанитарного состояния (Г.И. Базды-рев, 1999).
Исследования, проведённые в многолетнем стационарном опыте, заложенном на склоне южной экспозиции крутизной 3,5 показали, что засорённость посевов опытного участка была типичной для Нечернозёмной зоны Российской Федерации. Учёты засорённости за период исследований 2003-2006г. позволили выявить определённые закономерности распределения сорного компонента по склону. В условиях стационарного опыта численность и сухая масса сорняков зависела от элементов склона (верх, середина, низ), почвозащитных способов и приёмов обработки почвы (отвальные, безотвальные, комбинированные) и систем применения гербицидов.
Ко времени первого учёта в посевах овса (2003г.) на всех вариантах механической обработки почвы безгербицидного фона прослеживается устойчивая тенденция снижения численности сорных растений вниз по склону: на вспашке с 85 на верхнем до 76 шт/м" на нижнем элементе склона, на вспашке с дополнительной плоскорезной обработкой - с 87 до 82 шт/м", на плоскорезной - со 172 до 101 шт/м" и на минимальной - со 132 до 94 шт/м" (рис. 7-10). Такая же тенденция прослеживается и на остальных насыщениях севооборота гербицидами, что на наш взгляд связанно с более ранним прогреванием верхнего элемента склона (прил. 11, 12).
На плоскорезной и минимальной обработках данная тенденция менее выражена (прил. 13, 14). К первому сроку учёта численность сорных растений на нижнем элементе склона повышалась за счёт того, что семена некоторых сорняков, и особенно Василька синего (Centaurea cyanus), обладая высокой плавучестью смываются с верхнего элемента склона и накапливаются на нижнем. Следует отметить более значительное ухудшение фитосанитарного состояния на безотвальных системах обработки почвы. Так, на плоскорезной и минимальной обработках численность сорных растений возрастала в 1,5-2 раза по сравнению со вспашкой.
В посевах ячменя (2004г.) к первому сроку учёта численность сорных растений на верхнем элементе склона значительно выше, чем их численность на нижнем элементе. В варианте вспашки без гербицидов она снижается сверху вниз по элементам склона с 269 до 232 шт/м", на вспашке с плоскорезом - с 236 до 190 шт/м" и на минимальной - с 456 до 239 шт/м" (прил. 11, 12, 13, 14,). Резкое увеличение численности сорняков на безотвальных обработках свидетельствует о слабой эффективности минимализации обработки почвы, в борьбе с ними, что затрудняет получение высоких и устойчивых урожаев заданного качества без применения гербицидов нового поколения.
В посевах клевера (2005г.) на безгербицидном фоне численность сорняков на вспашке, плоскорезной и минимальной обработках существенно не различалась, а на вспашке с дополнительной плоскорезной обработкой была ниже, что свидетельствует о положительном последействии периодической глубокой обработки в снижении численности сорных растений. На наш взгляд это связанно с более рыхлым сложением подпахотного слоя, глубоким проникновением корневой системы и накоплением мощной надземной массы растениями клевера, и угнетающими сорняки за счёт сильного их затенения. На данном варианте без применения гербицидов так же прослеживается тенденция незначительного увеличения численности сорных растений на нижнем элементе склона по сравнению с верхним. На безотвальных обработках численность сорных растений на нижнем элементе склона увеличивается значительнее по сравнению со вспашкой, что по-видимому связано с переносом семян сорных растений талыми водами в период снеготаяния.
