Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 6
1.1. Влияние разных систем обработки на биологические показатели плодородия почвы и урожайность сельскохозяйственных культур 6
1.2. Действие различных систем удобрений на биологические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур 20
1.3. Влияние гербицидов на биологические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур 30
Глава II. Условия и методика проведения исследований 39
2.1. Характеристика почвенного покрова 39
2.2. Метеорологические условия в годы исследований 40
2.3. Схема полевого стационарного многофакторного опыта 42
2.4. Методика полевых и лабораторных исследований 47
Глава III. Результаты исследований 50
Действие разных систем обработки почвы, удобрений и гербицидов на биологические показатели плодородия дерново-подзолистой глееватой почвы, урожайность полевых культур, энергетическую и экономическую эффективность технологий 50
3.1. Изменение биологических показателей плодородия почвы под действием различных систем ресурсосберегающей обработки, удобрений и гербицидов 50
3.1.1. Динамика содержания гумуса в почве 5 0
3.1.2. Изменение биологической активности почвы под влиянием разных систем обработки, удобрений и гербицидов 69
3.1.3. Численность полезной почвенной энтомофауны под действием разных систем обработки почвы, удобрений и гербицидов 77
3.1.4. Пораженность культурных растений болезнями в зависимости от действия обработки почвы и удобрений 86
3.1.5. Изменение токсичности почвы под воздействием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов 91
3.1.6. Изменение фитосанитарного состояния почвы под влиянием разных систем обработки, удобрений и гербицидов 100
3.2. Урожайность полевых культур при действии разных систем основной обработки почвы, удобрений и гербицидов 106
3.3. Энергетическая и экономическая эффективность технологий 109
Выводы 113
Предложения производству 116
Список использованной литературы
- Действие различных систем удобрений на биологические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур
- Влияние гербицидов на биологические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур
- Метеорологические условия в годы исследований
- Изменение биологических показателей плодородия почвы под действием различных систем ресурсосберегающей обработки, удобрений и гербицидов
Введение к работе
Освоение адаптивно-ландшафтных систем земледелия требует разработки отдельных их звеньев (подсистем), адаптированных к конкретным аг-роландшафтным комплексам и направленных на воспроизводство плодородия почвы на основе ресурсосбережния, экологической сбалансированности и получения экологически безопасной продукции.
В Центральном районе Нечерноземной зоны в составе дерново-подзолистых почв дерново-среднеподзолистые глееватые среднесуглинистые почвы, включенные в пахотные угодья, занимают большую долю. Только в Ярославской области они представляют каждый шестой гектар пашни (16,3 %).
Эти почвы формируются при временном избыточном увлажнении.
Они, как правило, сильно засорены, особенно многолетними сорными растениями, и имеют очень низкий уровень естественного плодородия.
На этих почвах из-за переувлажнения как правило: полевые работы начинаются позднее на 25-30 дней, окончание их происходит в первой декаде сентября, набор адаптированных культурных растений крайне мал, применение энергоемкой системы отвальной обработки почвы и гербицидов в оптимальные сроки, а также использование традиционных органических удобрений для адаптированных полевых культур невозможно. Однако эти почвы имеют большое страховое значение, особенно в засушливые годы, так как на них открываются большие возможности получения стабильных урожаев адаптированных культурных растений при условии соблюдения качественных параметров в технологии их возделывания.
Результаты изучения научной литературы свидетельствуют об отсутствии каких-либо разработок по управлению основными показателями плодородия этих почв.
Особое внимание при этом заслуживает изучение способов управления биологическими показателями плодородия.
В этой связи целью наших исследований было изучение роли систем ресурсосберегающей обработки на основе минимализации, удобрения с использованием соломы и гербицидов в управлении биологическими показателями плодородия дерново-среднеподзолистой глееватои среднесуглинистои почвы.
В задачи исследований входило: определение содержания гумуса в почве, активности целлюлозоразлагающей микрофлоры и численности полезной почвенной энтомофауны, пораженности культурных растений фито-патогенами, токсичности и потенциальной засоренности почвы генеративными и вегетативными органами размножения сорных растений, хозяйственной, экономической и энергетической эффективности технологий.
В результате исследований было установлено, что на дерново-среднеподзолистой глееватои среднесуглинистои почве система поверхностно-отвальной обработки, особенно при внесении соломы с минеральными удобрениями способствует накоплению гумуса в почве, созданию благоприятных условий для микроорганизмов и почвенной энтомофауны, не оказывает токсического влияния на полевые культуры, при этом повышается хозяйственная, энергетическая и экономическая эффективность технологий производства продукции полевых культур.
Исследовательская работа выполнена на кафедре земледелия ФГОУ ВПО ЯГСХА в 2002-2005 г.г. Автор выражает благодарность коллективу кафедры земледелия за содействие в выполнении исследований.
Действие различных систем удобрений на биологические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур
На содержание гумуса в пахотных дерново-подзолистых почвах разные агротехнические приемы оказывают неравноценное действие. Наиболее эффективным является систематическое применение навоза в достаточно высоких нормах, а также торфа и торфонавозных компостов, совместное внесение извести и навоза, навоза и минеральных удобрений, возделывание многолетних трав (Б.А. Никитин, 1986).
Окультуривание приводит к более интенсивному развитию процессов превращения органического вещества почвы при относительном снижении интенсивности его минерализации, так как при окультуривании уменьшаются потери органического вещества и увеличивается скорость биологического круговорота веществ и энергии (И.П. Макаров, В.Д. Муха, И.С. Кочетов, 1995).
Введение в севооборот люцерны, удобрение почвы сидератами, внесение NPK или навоза, заделка в почву побочной продукции способствует бездефицитному балансу гумуса и расширенному воспроизводству плодородия почвы (Н.Г. Николаева, В.И. Гнидюк, 1995).
Излишки соломы в хозяйстве, а также солому на дальних полях, куда не выгодно возить навоз и компосты, необходимо использовать непосредственно на удобрение. Солома содержит много ценного органического вещества: целлюлозу, пентозанны, гемицеллюлозу и лигнин, которые служат углеродистым энергетическим материалом для почвенных микроорганизмов. По содержанию органического вещества 1 тонна соломы эквивалентна 3,5-4 тоннам навоза. В ней есть все необходимые растениям питательные вещест ва, которые после минерализации становятся легкодоступными. Микроэлементов в соломе больше, чем в зерне. Непосредственно на удобрение используется в основном солома злаковых культур с широким соотношением C:N, которое регулируется до оптимума (25:1) путем внесения азотных удобрений (М.Н. Новиков, 1990).
Запахивание соломы положительно влияет на многие почвенные процессы. При этом нельзя недоучитывать и возможность пополнения за счет применения соломы запасов гумуса почвы (О.Е. Авров, З.М. Мороз, 1979).
По данным ВНИИ зернобобовых культур ежегодная запашка 3 т/га соломы покрывает естественные потери органического вещества, а внесение 5-6 т/га соломы создает предпосылки для увеличения количества гумуса в почве. Учитывая, что у яровых культур на 1 т зерна - 0,6-0,7 т соломы, а у озимых более 1 т, запашка соломы при урожае 25-30 ц/га дает возможность поддерживать положительный баланс гумуса в почве (Л.А. Нечаев, Н.П. То-рубаров, В.Н. Черненький, 2002).
Это положение было подтверждено в опытах Сибирского НИИСХ (Ю.Б. Мощенко, 2001) и на серой лесной почве Владимирской области (И.В. Русакова, Н.А. Кулинский, 2003), при этом значительно увеличивалась и урожайность зерновых и зернобобовых культур.
По данным НПО «Нива Татарстана» использование соломы на удобрение обходиться в четыре раза дешевле эквивалентного количества навоза. Сразу запахивать разбросанную по полю солому нецелесообразно. Ее лучше заделать на глубину 8-10 см дисковой бороной или лущильником. В этом случае солома будет разлагаться интенсивно, при активном развитии азот-фиксирующих микроорганизмов (Р.С. Шакиров, 1999).
По данным СХПК «Россия» Ивановской области внесение 5 т/га соломы 1-2 раза за ротацию увеличивает содержание гумуса на 2,54 - 5,72 ц/га в зависимости от культуры. При этом наблюдается тенденция перехода про цесса новообразования первичных гумусовых веществ на гуматный тип (Н.А. Батяхина, Е.Н. Осокин, 2003).
В опытах в Финляндии на суглинистых почвах при запашке соломы дважды за ротацию севооборота содержание гумуса увеличилось с 3,3 до 3,6 %. При этом обязательным условием запашки соломы является применение дополнительного азота в норме 15 кг/га (P. Teittinen, 1983).
По данным НИИСХ ЦРНЗ комбинированные органические удобрения наиболее эффективны для накопления гумуса, а именно навоз + солома и си-дераты + солома (Т.А. Аристова, В.А. Бойков, 1999).
Во многих опытах на дерново-подзолистых и серых лесных почвах при внесении разных количеств органических удобрений получали увеличение содержания гумуса и улучшение его качества, а также достоверные прибавки урожая (Г.П. Гамзинов, В.Н. Емельянова, М.Н. Кулагин, Л988; А.В. Калиновский, И.В. Цыцковская, Н.И. Калиновская, 1989; СВ. Летяго, А.Г. Таразевич, Л.И. Кузнецова, 1991; Н.Ю. Гармаш, А.И. Жуков, 1993). То же было установлено и для сидератов (А.В. Попов, Н.П. Аврова, 2001; И.А. Сту-панов, Л.А. Герасименко, Т.К. Меркулова, 2001; Н.А. Батяхина, 2002; В.А. Варламов, О.А. Духанин, 2002).
Однако при длительном и интенсивном сельскохозяйственном использовании почвы даже внесение 12 т/га навоза или N12P30K30 приводило к снижению содержания гумуса на 0,5-0,7 %, что было установлено в 40-летнем опыте на дерново-подзолистой почве (Б.Н. Золотарева, Т.С. Демина, Л.М. Мироненко, 1988).
В опытах на дерново-подзолистых супесчаных почвах Украины орга-но-минеральная система удобрений - 15 т/га навоза + N26-56?16-49 69 существенно не изменила содержание гумуса в почве (А.И. Бакун, Ю.А. Бакун, 2003).
При исследовании влияния разных систем удобрений на содержание и качественный состав гумуса почв многие ученые получили сходные резуль таты: применение одних минеральных удобрений снижает содержание гумуса и сдвигает его в фульватную сторону, а применение органических и орга-но-минеральных - увеличивает его содержание, что было характерно для дерново-подзолистых супесчаных (Л.А. Карягина и др., 1988; В.В. Лапа, Н.М. Ивахненко, Е.М. Лимантова, 2000), легкосуглинистых (А.И. Иванов, 1999), среднесуглинистых (А.П. Шкель, И.А. Жуков, 1988; Л.А. Лебедева, И.Г. Юлушев, Л.Н. Кабамина, 1990; Г.А. Соловьев, Е.Д. Веселовская, 1994; Орлов и др., 1996; В.Р. Ефремов, 2001; В.Г. Минеев, Н.Ф. Голсонова, М.Ф. Овчинникова, 2003) и тяжелосуглинистых (Ф.М. Заганыпина, 1990; Н.А. Курмышева, 1993; СО. Канзываа, 2000;), а также черноземных почв (А.В. Дедов, 2002).
Для нормального функционирования почвенных организмов необходимы прежде всего энергия и питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой источник энергии - органическое вещество почвы. Поэтому активность почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в почве органического вещества. Источниками поступления органического вещества в почву являются внесение навоза, торфа, соломы, зеленых удобрений, посев многолетних трав, промежуточных культур (А.И. Пупонин, Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, 2000).
Влияние гербицидов на биологические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур
Сельскохозяйственная наука и практика располагают богатым арсеналом способов борьбы с сорными растениями. Однако, уничтожение и подавление сорняков одними агротехническими и биологическими способами не всегда дает желаемые результаты, поэтому часто используют гербициды. Однако при химической борьбе с сорными растениями есть нерешенные проблемы - помимо нежелательного накопления сорняков и недостаточной селективности, это длительная инактивация токсикантов, загрязнение окру 31 жающей среды и фитотоксичность. Недостаточная изученность условий, при которых в полной мере проявляется фитотоксичность гербицидов, и нарушения агротехники нередко приводят к снижению их эффективности (А.И. Пу-понин, Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, 2000).
Применение гербицидов приводит к уменьшению общей фитомассы в агроценозе и запахиваемых в почву органических веществ (Н.И. Николаева, В.И.Гнидюк, 1995).
Химические средства защиты растений оказывают влияние на подвижность гумусовых веществ, при этом совместное применение их с минеральными удобрениями в интенсивном севообороте не ухудшает гумусное состояние темно-серых лесных почв (В.И. Гамалей, Н.А. Макаренко, С.Г. Кор-сун, 1995).
По данным Е.И.Старицина (1999) применение минеральных удобрений замедляет скорость деградации некоторых химических препаратов (Зен-кор, Базудин), что было установлено на дерново-подзолистой супесчаной почве.
Особую проблему представляет взаимодействие почвенной биоты с пестицидами. Оно имеет два аспекта: влияние пестицидов на биоту и деградация пестицидов под влиянием почвенной биоты. Опасные нарушения равновесия микробных ценозов возникают из-за высоких концентраций пестицидов вследствие нарушения технологий. Наиболее чувствительны к воздействию пестицидов микроводоросли, нитрификаторы, азотфиксаторы, деструкторы целлюлозы, симбионты. Эти организмы можно рассматривать в качестве индикаторов (В.Г. Минеев, Е.Х. Ремпе, 1990).
Некоторые авторы отмечают стимулирующее действие гербицидов и их комбинаций на целлюлозоразлагающие бактерии в условиях полевых опытов (Т.П. Зубец, 1973; V. Rankov, В. Velev, 1975).
Опыты болгарских ученых с гербицидами и удобрениями показали, что системное их внесение косвенно влияет на снижение количества и активность микроорганизмов. Препараты уменьшают массу сорняков, лишая тем самым микрофлору почвы легкодоступного энергетического материала. Однако сочетание их с минеральными и органическими удобрениями повышает общее количество микрофлоры и биологическую активность (П. Петкова, О. Костов, 1990).
В основном токсичность гербицидов на микроорганизмы определяется их концентрацией и частотой обработки.
Так, опыты индийских ученых показали, что при дозе 2,4-Д и 2,4,5-Т 0,75 мкг/кг почвы микробная биомасса увеличивается, а при дозе 7,5 и 15 мкг/кг почвы соответственно микрофлора подавляется (K.R. Amavendra и др., 1998).
На стимуляцию микробиологической активности почвы при однократном применении средств химизации (2,4-Д, а также Тилт и Волатон) указывали и ученые в опытах на дерново-подзолистой почве. Однако повторное применение химикатов и повышенные их дозы подавляет деятельность микроорганизмов (Н.В. Андреева, СИ. Ширяева, А.Г. Петросян, 1988).
На дерново-подзолистой супесчаной почве гербицид Зенкор повышает общую биомассу почвенных микроорганизмов, но снижает процент активной биомассы (Ю.А. Заплетнюк, 1999).
По данным НИИСХ Юго-Востока применение смеси гербицидов Трефлана и Триаллата вызывало противоположную тенденцию: степень разложения льняной ткани была больше в слое 0-10 см на 33 %, в слое 10-20 ємна 15,5 % по сравнению с безгербицидными делянками (Н.И. Стрижков и др., 2001).
Метеорологические условия в годы исследований
По основным климатическим факторам, определяющим условия роста и развития полевых культур, климат места расположения опыта характеризуется умеренно-холодной зимой и умеренно-теплым и влажным летом, с ясно выраженными сезонами весны и осени.
По многолетним данным сумма положительных температур выше 10С составляет 1800-1900С, длительность этого периода 121-129 дней. Сумма положительных температур выше 15С составляет 1200-1300С, длительность периода - 59-76 дней. Средняя дата последнего заморозка - весной 12 мая. Средняя дата первого заморозка - осенью 16 сентября. Продолжительность безморозного периода 124-141 день.
В районе наблюдается избыточное увлажнение. Сумма осадков за год в среднем составляет 575 мм. Сумма осадков за период с температурой выше 10С-250-300мм, ГТК- 1,4-1,6.
Первый снег появляется даже в сентябре, устойчивый снежный покров в среднем образуется 22-26 ноября. Высота снежного покрова в среднем по годам составляет 30-35 см. Во второй декаде марта снег сильно уплотняется, начинает таять и к концу марта его практически не бывает. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет 150-160 дней.
В холодный период года преобладает северо-западный перенос воздушных масс, а с апреля по сентябрь 35-45 % времени наблюдаются южные и юго-западные ветра.
Метеорологические условия 2002 года по своим температурным показателям были на уровне средних многолетних, однако условия увлажнения были достаточно экстремальными. Так сумма атмосферных осадков за вегетационный период (апрель-сентябрь) была в 2 раза ниже в сравнении со среднемноголетними данными. И лишь в июле и сентябре значения показателя были примерно на одном уровне, поэтому можно говорить о неблагоприятных условиях увлажнения для вико-овсяной смеси, выращиваемой в данном году, особенно в начале вегетации, когда осадков выпало в 3 раза меньше, чем по многолетним данным. 2003 год характеризовался напротив обильными осадками за период вегетации озимой ржи, особенно в июне и августе, где превышение количества осадков над среднемноголетними составило соответственно в 1,6 и 2,4 раза, что вызвало полегание культуры. Лишь в июле месяце наблюдалась су хая и теплая погода. Температура воздуха в остальные месяцы изучаемого периода была близка к среднемноголетней.
В начале вегетационного периода 2004 года (апрель-май) наблюдались обычные по температурным показателям условия, однако осадков выпало на 50 % больше, что обусловило невозможность посева в срок однолетних трав, который был осуществлен лишь 31 июля. В целом же тепловые значения данного года были практически сходны со среднемноголетними, однако поздний посев культуры определил не слишком благоприятные условия вегетации, которая пришлась на конец лета - начало осени, характеризующейся недостаточным количеством тепла.
Период вегетации ячменя в 2005 году характеризовался несколько повышенными температурами в сравнении с многолетними данными. В первые месяцы вегетации (май-июнь) выпало повышенное количество осадков, которое на данных временно-переувлажненных почвах вызвало слабое развитие ячменя, который является довольно требовательной культурой к условиям тепла и увлажнения. В остальном условия за период вегетации в данном году были достаточно благоприятными для сельскохозяйственных культур зоны.
Таким образом, за период проведения исследований погодные условия вегетационных периодов были достаточно контрастными: 2002 год характеризовался сухой и жаркой погодой, 2003 и 2004 - избыточным количеством осадков, 2005 год был близок по показателю увлажнения к среднемноголет-ним с несколько повышенной температурой.
Исследования проводились в полевом трехфакторном опыте, заложенном в 1995 г. под руководством заведующего кафедрой земледелия ЯГСХА, доктора сельскохозяйственных наук, профессора Смирнова Б.А.
Опыт заложен методом расщепленных делянок с рендомизированным размещением вариантов в повторениях. Повторность опыта четырехкратная. Изучалось 48 вариантов.
На делянках первого порядка площадью 756 м (54 м х 14 м) изучались системы обработки почвы, на делянках второго порядка площадью 126 м (14 м х 9 м) - удобрения и на делянках третьего порядка площадью 63 м (9м х 7м) - гербициды.
Изменение биологических показателей плодородия почвы под действием различных систем ресурсосберегающей обработки, удобрений и гербицидов
Содержание гумуса в почве является не только обобщающим показателем потенциального плодородия, но и критерием, определяющим уровень ее окультуренности и урожайности полевых культур. Так между содержанием гумуса и урожайностью нами была установлена тесная связь, которая выражается коэффициентом корреляции г = 0,61-0,82 в зависимости от возделываемой культуры с максимумом (г = 0,82) в 2003 году на озимой ржи.
В год закладки опыта (1995) содержание гумуса на данном участке было на уровне 3,29 %. Столь высокий процент гумуса связан с тем, что в течениє более чем 10 лет эти почвы использовались под сенокосы, а минерализация органического вещества была ослаблена из-за переувлажнения почвы. При избыточном увлажнении этих почв использование распространенной в Нечерноземной зоне системы отвальной обработки не позволило обрабатывать их своевременно из-за большой энергоемкости технологии. После распашки многолетней залежи наблюдался интенсивный процесс дегумифика-ции, который продолжался вплоть до 2000 года. Это можно объяснить улучшением воздушного режима и усилением микробиологической активности. Затем наступил период стабилизации содержания гумуса, когда уравновесились процессы минерализации и гумусонакопления, и начался некоторый его прирост. Однако темпы прироста были различными на разных вариантах обработки почвы и удобрений в связи с разным уровнем оптимизации водно-воздушного, теплового и питательного режимов (табл.4).
В 2002 году под посевами однолетних трав (вико-овсяная смесь на сено) наименьшему содержанию органического вещества в пахотном слое способствовали системы обработки - ежегодная отвальная и ежегодная поверхностная по фону без удобрений. При ежегодной отвальной обработке это объясняется сильной минерализацией органического вещества в связи с активной аэрацией почвы, а при поверхностной - наоборот, ослаблением процесса гумификации, особенно в слое 10-20 см из-за торможения процесса разложения свежего органического вещества. Причем отвальная обработка приводила к большему содержанию гумуса в слое 10-20 см, что можно объяснить меньшей минерализацией гумуса, а ежегодная поверхностная - напротив в слое 0-10 см в связи с более активным разложением свежего органического вещества. Сочетание же поверхностных обработок с рыхлением и, особенно, с отвальной обработкой привело к преобладанию в более сильной степени процесса гумификации над минерализацией органического вещества как в слое 0-10, так и в слое 10-20 см практически по всем фонам удобрений в сравнении с вариантами ежегодной отвальной обработки в связи с лучшей оптимизацией водно-воздушного режима почвы. Лишь внесение полных минеральных удобрений по всем изучаемым системам обработки почвы способствовало накоплению гумуса в пахотном горизонте на одном уровне, что было обусловлено поступлением примерно одинакового количества растительных остатков.
Однако, следует отметить, что достоверных различий по влиянию систем обработки почвы по разным фонам питания на содержание гумуса не наблюдалось - прослеживалось лишь направление динамики.
Достоверные различия в восстановлении запасов гумуса в почве были отмечены под действием удобрений в зависимости от системы обработки почвы из-за различного количества накапливаемого органического вещества в почве и разным уровнем гумификации и минерализации гумуса.
Внесение соломы 3 т/га осенью 2001 года как под плуг в вариантах с ежегодной отвальной, так и под лущильник на вариантах с ресурсосберегающими системами обработки приводило к некоторому ухудшению гумусного состояния почвы по сравнению с фонами совместного ее внесения с азотными и, особенно, с полными минеральными удобрениями, что связано с процессом иммобилизации. Однако это не помешало большему накоплению гумуса в сравнении с вариантами без внесения удобрений.
Внесение минеральных удобрений также способствовало накоплению гумуса в почве, особенно на фонах совместного применения соломы и полного минерального удобрения. Так, их внесение по всем системам обработки значительно увеличило данный показатель за счет увеличения поступления пожнивно-корневых остатков возделываемой культуры.
Дифференциация пахотного горизонта на слои по содержанию гумуса наиболее заметно проявилась на вариантах ежегодной поверхностной обработки. При применении же систем, сочетающих различные приемы по глубине, она была отмечена в основном при внесении соломы из-за концентрации органического вещества в верхнем слое.
Наибольшие запасы гумуса в 2002 году в пахотном слое (0-20 см) в целом и, особенно, в корнеобитаемом слое (10-20 см) были по фону солома + NPK на системах поверхностно-отвальной и поверхностной с рыхлением, способствовавших созданию более благоприятных водно-воздушных условий для гумусонакопления, особенно в засушливых условиях 2002 года.
При возделывании озимой ржи в 2003 году наблюдался процесс увеличения содержания гумуса практически по всем вариантам обработки и удобрений в сравнении с соответствующими показателями 2002 года (табл.5).
