Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 6
1.1. Агроэкологическая характеристика склоновых земель Нечерноземной зоны 6
1.2. Почвозащитные приемы обработки и их влияние на водно-физические свойства почвы 15
1.3. Формирование сорного компонента в агрофитоценозе склоновых земель 23
Глава II. Программа, методика и условия проведения исследований 37
2.1. Цель и задачи исследований 37
2.2. Схема полевого стационарного опыта 38
2.3. Методика полевых и лабораторных исследований 41
2.4. Почвенно-климатические условия 44
Глава III. Оценка действия длительного применения почвозащитных технологий обработки почвы на показатели эрозионных процессов на склоновых землях 52
3.1. Характер формирования снежного покрова и промерзания почвы 52
3.2. .Влияние почвозащитных обработок на поверхностный сток и смыв почвы 58
3.3. Влияние противоэрозионных обработок почвы на объем
внутрипочвенного стока 67
Глава IV. Влияние почвозащитных приемов обработки на агрофизические показатели плодородия 71
4.1. Динамика изменения плотности почвы под действием приемов обработки 71
4.2. Почвенная структура и водопрочность 75
4.3. Влияние противоэрозионных обработок на водный режим и влагообеспеченность полевых культур
Глава V. Действие почвозащитных приемов обработки почвы на структуру агрофитоценоза 87
5.1. Действие противоэрозионных приемов обработки на потенциальную засоренность почвы семенами сорных растений 87
5.2. Вредоносность сорного компонента 92
5.3. Влияние почвозащитных обработок на засоренность посевов 99
5.4. Накопление сухой массы сорными растениями на склонах разной крутизны под действием почвозащитных приемов обработки 107
5.5. Характер распределения видового состава сорных растений по склонам и их элементам 111
Глава VI. Действие почвозащитных технологий обработки почвы на урожайность полевых культур 118
6.1. Изменение урожайности полевых культур под действием противоэрозионных приемов обработки почвы 118
6.2. Продуктивность севооборота 123
Глава VII.Энepгeтичecкaя и экономическая оценка почвозащитных технологий обработки почвы 126
Выводы 131
Рекомендации производству 133
Список используемой литературы
- Почвозащитные приемы обработки и их влияние на водно-физические свойства почвы
- Почвенно-климатические условия
- Влияние противоэрозионных обработок на водный режим и влагообеспеченность полевых культур
- Накопление сухой массы сорными растениями на склонах разной крутизны под действием почвозащитных приемов обработки
Введение к работе
Одна из острейших проблем мирового земледелия - прогрессирующая деградация обрабатываемых земель. Ежегодно во всем мире из сельскохозяйственного пользования выпадает около 6 млн. га пашни. В результате ежегодно теряется 24 млрд. тонн гумуса, что в переводе на стандартные туки в 2 раза превышает их количество, вносимое с минеральными удобрениями.
Рост масштабов водной эрозии на большей части сельскохозяйственных угодий России связан с необоснованной распашкой склонов и дефляционноопасных земель. Преодолеть многочисленные негативные тенденции в развитии сельского хозяйства страны без соблюдения принципов адаптивности на всех уровнях организации АПК практически невозможно (Жученко А.А., 2004).
Почвозащитные севообороты и приемы механической обработки вызывают ухудшение фитосанитарного потенциала. В связи с этим эффективная система защиты растений от сорных растений, болезней и вредителей на склоновых землях является неотъемлемой составной частью технологии возделывания сельскохозяйственных культур и резервом повышения урожая выращиваемых культур. В условиях почвозащитного земледелия существенно изменяются экологические направления развития агрофитоценозов, характер и условия взаимоотношений культурного и сорного компонентов. Система земледелия должна обеспечивать оптимальное состояние фитосанитарного потенциала посевов и почвы, обеспечивать стабилизацию почвенного плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур (Захаренко А.В., 2001, Баздырев Г.И., 2004).
В последние годы из-за разрушительного экономического кризиса в сельском хозяйстве защитные мероприятия практически не проводятся, нарушаются технологии возделывания культур, не соблюдается необходимое чередование и сроки возврата на прежнее поле севооборота, что усугубило
плохое фитосанитарное состояние посевов и увеличило потери сельскохозяйственной продукции.
В основе разработки и внедрения почвозащитных мероприятий должен лежать учет комплекса почвенно-климатических, экономических и экологических условий каждой зоны, района, хозяйства.
Наиболее полное использование природного потенциала каждого земельного участка является одним из основных стратегических направлений интенсификации противоэрозионного земледелия, не требующих значительных дополнительных капиталовложений при рациональном использовании севооборота, обработки почвы, удобрений, пестицидов с учетом специфики склоновых земель.
Исследования проводили в многолетнем стационарном полевом опыте, заложенным в 1980 году профессором И.С. Кочетовым в учхозе МСХА "Михайловское" Подольского района Московской области. Экспериментальные исследования выполнены в 2004-2006 гг. на кафедре земледелия и методики опытного дела Российского Государственного аграрного университета - Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева.
Пользуясь случаем, считаю своим долгом выразить признательность и искреннюю благодарность научному руководителю, заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Баздыреву Геннадию Ивановичу, коллективу кафедры земледелия и методики опытного дела, за оказанную помощь в выполнении и написании диссертационной работы, заведующему лаборатории земледелия, кандидату сельскохозяйственных наук Осипову В.Н., ведущему научному сотруднику, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Белолюбцеву А.И., старшему научному сотруднику, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Савоськиной О.А.
Почвозащитные приемы обработки и их влияние на водно-физические свойства почвы
Почвозащитные требования в земледелии основываются на необходимости сохранения и повышения плодородия почв, создания условий ее окультуривания, исключения водной и ветровой эрозии и других видов деградации земель. В первую очередь это следует учитывать при механической обработки почвы (Григоров М.С., Москвичев А.Ю., Чудин А.М., 2004).
Систему обработки почвы на склоновых землях необходимо построить так, чтобы на каждом участке в течении всего года надежно предупредить сток воды и проявление эрозии (Каштанов А.Н., 1983).
К числу доступных противоэрозионных мероприятий относится вспашка поперек склона. Применение вспашки не требует дополнительных затрат, но дает существенные прибавки урожая. Запашка пожнивных остатков, сидератов, навоза и мелиорантов стабилизирует благоприятные водно-физические свойства почвы и более длительно сохраняет ее рыхлость. Однако отмечаются и отрицательные ее стороны - это увеличение стока и смыва почвы при проведении вспашки поперек склона (Каштанов А.Н., Заславский М.Н., 1984; Кибурис Б., 1997; Григоров М.С., 2004).
Вопросы влияния поперечного направления вспашки и других доступных агротехнических мероприятий на процессы эрозии рассмотрены также в работах Карповича К.И. (1997), Кошкина П.Д. (1998) и ряда других исследователей. По их мнению, эффективность вспашки поперек склона зависит от конкретных условий и проявляется неодинаково.
Стокорегулирующую эффективность в большей степени определяет не способ обработки, а глубина рыхления. При глубокой обработке почвы сохраняется более высокая инфильтрационная способность. Рыхление почвы на глубину 6-8 см не способствует или мало способствует сокращению стока талых вод. Наиболее оптимальная глубина рыхления 27-30 см (до 35 см). При окультуривании эффективность глубокого рыхления может повыситься (Рожков А.Г., 1981; Сурмач ГЛ. и др., 1976).
Как показали проведенные исследования Петелько А.И. (2004), зяблевая вспашка поперек склона по сравнению со вспашкой вдоль склона з снижает сток талых вод на 60-70 м /га и существенно повышает урожайность зерновых.
В ряде случаев сочетание вспашки с дополнительными мероприятиями, например, при устройстве водозадерживающего микрорельефа, позволяет существенно уменьшить поверхностный сток талых вод, снизить смыв почвы (по сравнению с обычной зябью) соответственно на 20-40 мм и 3-30 т/га и больше. Наряду с этим имеются и противоположные данные: около трети всех исследований дали отрицательный результат (Барабанов А.Т. и др., 2004).
Однако вспашка поперек склона (обычная и глубокая) и микрорельеф на ее фоне лишь частично ограничивают эрозию, даже в случае исключения поверхностного стока на этом фоне происходит усиленная эрозия от удара дождевых капель (Заславский М.Н. и др., 1984; Ломакин М.М., 1988). Интенсивно развиваются линейные процессы, поэтому вспашку нельзя относить к почвозащитной обработке (Бондарев В.Ю., 1985). В системе противоэрозионных приемов обработки почвы важное место занимает щелевание.
Высокий эффект от щелевания достигается на склоновых почвах тяжелого и среднего механического состава за счет перевода поверхностного стока во внутрипочвенный и равномерного распределения продуктивной влаги в пахотном и подпахотном слоях. Щелевание позволило повысить урожайность в среднем по стране: яровых до 2,8 ц/га, озимых - до 3,6 ц/га, сена многолетних трав - до 2,8 ц/га. На полях, где проводилось щелевание, практически не было установлено гибели озимых культур. За счет уменьшения стока и смыва снижаются потери азота, фосфора и калия, в 4-6 раз сокращается площадь под ледяной коркой, что способствует более быстрому возобновлению вегетации озимых культур (Кочетов И.С. и др., 1990).
Щелевание при посеве озимых - необходимый элемент технологии их возделывания независимо от уклона местности, зоны. Как показали исследования в Ростовской области, в среднем за 4 года щелевание позволило дополнительно накопить 39-56 мм влаги, чем на обычном фоне. Урожайность озимой пшеницы при этом повышалась на 2,1-2,9 ц/га, сток талых вод снижался почти в 2 раза, смыв почв - в 5 раз и более (Полуэктов Е.В., 1999).
Однако в производстве нередки случаи, когда из-за избыточной рыхлости почвы, открытости щелевых трасс, неправильного их размещения теряются значительные запасы почвенной влаги и в итоге снижается урожай (Ладонин В.Ф., 1997; 2001).
По мнению Заславского М.Н. (1987) наилучший эффект щелевания достигается поздней осенью, при устойчивом промерзании поверхности почвы на 3-5 см, с нарезкой щелей через 1,4 метра по следу гусениц трактора. Толщина ножа не должна превышать 2 см (при большей наблюдается деформация поверхностного слоя почвы и повреждение посевов).
Почвенно-климатические условия.
Почвенный покров Центрального района представлен преимущественно подзолистыми и дерново-подзолистыми - 57,7%, дерновыми, дерново-карбонатными, серыми и светло-серыми -18,5%, темно-серыми почвами, черноземами оподзоленными - 13,6%, черноземами выщелоченными, типичными, обыкновенными, луговыми - 9,3%, аллювиальными - 1,2% и прочими - 0,3% (Романенко Г.А., Комов Н.В., Тютюнников А.И.,1996.).
Развитию процессов водной эрозии здесь способствуют большое разнообразие гидрометеорологических условий, расчлененность рельефа, слабая водопрочность структурных агрегатов почвы, невысокая водопроницаемость и влагоемкость; глубокое промерзание почвы и медленное оттаивание, образование ледяного экрана на ее поверхности, мощное отложение снега и во многих районах интенсивное его таяние и как следствие существенный сток талых вод. Преимущественно распространены дерново-подзолистые с маломощным гумусовым горизонтом, неустойчивые к размыву, плодородный пахотный слой здесь разрушается интенсивнее, чем например черноземов и почвы быстрее выходят из активного сельскохозяйственного использования.
Дерново-подзолистая слабосмытая почва - затронута вспашкой верхняя часть горизонта А2 Вь осветлена с буроватым оттенком по сравнению с несмытои почвой, содержание гумуса в верхнем слое ниже на 20...25% по отношению к несмытои почве. Залегает на пологих склонах крутизной до 3. Дерново-подзолистая среднесмытая почва - в пашню вовлечена большая часть или весь горизонт А2 Вь до иллювиального горизонта в В2. Почти исчезают морфологические признаки характерные для данного типа почвы, цвет пашни бурый и сильнопятнистый, расположены на покатых склонах крутизной до 5; Дерново-подзолистая почва сильносмытая, встречается отдельными участками, распахивается средняя или нижняя часть горизонта В (В2), верхняя часть профиля почвы полностью смыта. Расположена чаще на сильно покатых и волнистых склонах крутизной 5...80.
Климат района умеренно континентальный, с теплым влажным летом, умеренно прохладной зимой, устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными сезонами. В основном преобладают ветры западного и юго-западного направления.
Среднегодовая температура составляет + 3,6С, среднесуточная температура зимы - 9,5С, весны -3,2С, лета +16,8С и осени +3,6С. Средняя температура воздуха за вегетационный период (май-сентябрь) равна +13,3С. Гидротермический коэффициент равен 1,3...1,4. Продолжительность безморозного периода- 126... 137 дней. Вегетационный период 171..Л77 дней с суммой температур за этот период 2250...2400С. Среднегодовое количество осадков - 525 мм. В виде дождя выпадает 67% осадков, в виде снега-33%.
Распределение осадков по времени года следующее: весной-103 мм, летом - 227 мм, осенью - 116 мм, зимой - 79 мм. Несмотря на достаточное количество осадков в летний период, в отдельные годы в мае-июне многие культуры страдают от недостатка влаги в почве. Устойчивый снежный покров устанавливается в третьей декаде ноября, максимальная высота снежного покрова равна 30...40 см (Агроклиматический справочник по Московской области, 1973).
Метеорологические условия приведены по данным Михайловского опорного пункта Обнинской агрометеобазы Московской области (рис. 1, 2).
Агрометеорологические условия вегетационных периодов в годы проведения исследований различались по температурному режиму и количеству выпавших осадков.
Метеорологические условия осеннего периода 2003 года (октябрь-ноябрь) во время проведения чизелевания и щелевания озимой пшеницы в целом соответствовали среднемноголетним значениям. Октябрь выдался теплым и дождливым, в ноябре же сумма осадков не превышала среднемноголетние значения, что позволило провести необходимые обработки в оптимальные агротехнические сроки с высоким качеством выполняемых операций. Ресурсы влаги за ноябрь-декабрь составили 192 мм или 82% от среднемноголетних показателей.
Зимний период 2003-2004 гг. характеризовался относительно близкой к среднемноголетним значениям температурой с непродолжительными оттепелями (колебания температуры за январь-февраль составили от -10 до -2 С) и повышенной нормой выпадения снега (в январе норма превысила среднемноголетние значения в 2.3 раза). В целом сложившиеся почвенно-климатические условия зимнего периода не создавали препятствий для благоприятной перезимовки озимой пшеницы, однако при повышенной норме выпавшего на поле снега по непромерзлой почве за зимние месяцы, создались условия для интенсивного дыхания растений и распространения снежной плесени.
Влияние противоэрозионных обработок на водный режим и влагообеспеченность полевых культур
Почвенная структура определят все процессы жизнеобеспечения растений и микроорганизмов: водный, воздушный и питательный режимы, скорость биогеохимических процессов. С другой стороны - физические, химические, биологические, физико-механические факторы плодородия влияют на структурное состояние почвы. Изменение почвенной структуры определяется рядом сложных процессов воздействия естественных факторов - промораживание и оттаивание, смачивание и высушивание, так и антропогенных - воздействие удобрений, почвообрабатывающих орудий, движителей тракторов. Познание механизмов структурообразования почв открывает возможность целенаправленного агротехнического воздействия с целью оптимизации почвенных режимов (Гумматов И.Г., Пачепский Я.А., 1991).
В годы проведения исследований 2004-2006 гг. структурное состояние почвы, судя по содержанию агрономически ценных агрегатов размером 0,25-10 мм, на изучаемых вариантах обработки было на хорошем уровне, что связано с возделыванием в севообороте многолетних трав (табл. 10).
Исследованиями установлено, что снижение интенсивности обработки привело к увеличению количества агрономически ценных агрегатов с сохранением на поверхности почвы стерни и соломы при поверхностной обработке как в пахотном, так и в подпахотном горизонтах в 2004 году на склоне крутизной 4 на - 8,5 - 10 %, а на склоне крутизной 8 на 7 - 8% соответственно; в 2005 году при возделывании овса на - 7 - 25 % и 10-32 %, в 2006 году при возделывании ячменя с подсевом многолетних трав на 5-17 %и 8-22%.
В среднем за три года исследований содержание агрономически ценных агрегатов при поверхностной обработке в сравнении с другими вариантами было выше на склоне крутизной 4 на 16 % (Кстр - 2,2), а на склоне крутизной 8 на 25 % (Кстр - 1,6) , что свидетельствует о более высокой почвозащитной эффективности данной обработки на склонах большей крутизны.
Содержание агрономически ценных агрегатов в пахотном слое почвы (0-20 см), уровень плодородия которого выше, было заметно большим (до 20%), чем в подпахотном (20-40 см). С удвоением крутизны склона отмечено снижение содержания агрономически ценных агрегатов на 20-30%, что является следствием более высоких темпов развития эрозионных процессов.
Наибольшее содержание водопрочных агрегатов диаметром более 0,25 мм (46,2 и 45,9%) в слое 0- см отмечено на вариантах поверхностной обработки со щелеванием на склоне крутизной 4 и при сочетании плоскорезной со щелеванием на склоне крутизной 8. Содержание водопрочных агрегатов в пахотном (0-20 см) слое почвы было заметно больше, чем в подпахотном (20-40 см): в 2004 году на склоне крутизной 4 - на 11,6-42,5%, на склоне крутизной 8 -18,2-31,5%; соответственно в 2005 году - на 15,9 - 49,9% и 14,7 - 34,5%; в 2006 году - на 22 - 61% и 10-38 %. В среднем за три года эти различия сглаживались, содержание водопрочных агрегатов в слое 0-20 см на склоне крутизной 4 было на 33 %, а на склоне крутизной 8 на 22 % выше, чем в подпахотном (20-40 см) слое.
С увеличением крутизны склона, количество водопрочных агрегатов по изучаемым обработкам в слое 0-40 см уменьшалось на 5-12 %, при наибольшем снижении их на 12% на вспашке поперек склона (контроле).
Проявление и развитие эрозионных процессов в значительной степени зависят от скорости впитывания талых вод, ливневых осадков и водопроницаемости почвы, особенно ее обрабатываемого слоя. Этот показатель в определенной мере отражает степень уплотнения и структурности, а также гранулометрический состав почвы. Также он используется для оценки противоэрозионной и стокорегулирующей эффективности агротехнических приемов на склоновых землях.
Результатами исследований за 2004-2006 гг. установлено, что величина водопроницаемости в период вегетации полевых культур коррелировала с влажностью и плотностью сложения почвы. Изменения в сложении пахотного слоя явились главным фактором, определяющим различия в показателях водопроницаемости почвы по изучаемым противоэрозионным приемам обработки.
Увеличению водопроницаемости и объема поглощенной воды способствует также дискретное щелевание в позднеосенний период и сплошное рыхление чизельными орудиями. Более рыхлое сложение пахотного и подпахотного горизонтов на этих вариантах способствовало и наиболее интенсивному водопоглощению.
Так в среднем за три года, показатели водопроницаемости на плоскорезных обработках варьировали от 1,9 до 3,9 мм/мин и превосходили показатели на отвальных обработках на склоне крутизной 4 на 10%, на склоне крутизной 8 на 12% (рис. 9, приложение 1). На вариантах поверхностной и поверхностной в сочетании со щелеванием обработках водопроницаемость сильно изменялась в зависимости от возделываемой культуры. В условиях вегетации озимой пшеницы водопроницаемость на этих вариантах на склоне крутизной 4 уступала всем остальным приемам, на овсе - существенно превосходила плоскорезные и отвальные обработки за счет соломенной мульчи после уборки озимой пшеницы, а при выращивании ячменя с подсевом многолетних трав находилась примерно на одном уровне с вариантами плоскорезной обработки.
В среднем за период исследований с увеличением крутизны склона с 4 до 8 отмечалось увеличение интенсивности поглощения по изучаемым противоэрозионным обработкам почвы, что обусловлено большей емкостью межагрегатных пространств.
Чизелевание и щелевание, как противоэрозионные приемы, усиливают водопроницаемость, способствуя лучшему поглощению атмосферных осадков и более высокому содержанию запасов влаги в почве за счет перевода поверхностного стока во внутрипочвенный. Этот эффект усиливается и за счет сохранения стерни соломы в поверхностном (0-1 Осм) слое.
Накопление сухой массы сорными растениями на склонах разной крутизны под действием почвозащитных приемов обработки
Важным фактором, характеризующим эффективность воздействия изучаемых агроприемов на сорный компонент агрофитоценоза, является накопление сухой массы сорными растениями как показатель конкурентноспособности культурных и сорняков.
Исследования проводили в течение трёх лет. Сухую массу сорных растений определяли во второй срок учёта (через 30 дней после применения гербицидов) и третий - непосредственно перед уборкой. Отдельно учитывали малолетние и многолетние.
Накопление сухой массы сорняками зависело от конкурентной способности культуры, действия гербицидов, приемов обработки почвы и крутизны склона.
В год возделывания на опыте озимой пшеницы (2004) ко второму сроку учета конкурентная способность культуры в совокупном действии с гербицидом значительно подавили обилие сорного компонента. Сухая масса не превышала по всем вариантам 1-2 г/м и от крутизны склона не зависела.
При возделывании овса в 2005 году произошло существенное увеличение сухой массы к концу вегетации (3 учет) по сравнению со вторым учетом (рис. 16). Так на склоне крутизной 4 максимальное накопление сухой массы было отмечено на варианте поверхностной обработки (с 17 до 25 г/м ). На остальных вариантах достоверного накопления вегетативной массы не произошло. При удвоении крутизны склона существенное увеличение происходило по всем вариантам: по вспашке и вспашке со щелеванием - в 2 раза, по плоскорезной со щелеванием - в 1,8 раза, по плоскорезной в сочетании с чизельной обработкой - в 2,2 раза, по поверхностной и поверхностной со щелеванием в 2,7 и 2,5 соответственно. Крутизна склона 4е
Накопление сухой массы происходило главным образом за счет увеличения доли многолетних сорняков (до 75%) к концу вегетации в силу их большей конкурентной способности и резистентности к воздействию гербицидов (приложение 7). Их доля на склоне крутизной 8 была значительно выше (на 20-30%) по сравнению со склоном крутизной 4 . Это связано с особенностями экологических условий произрастаний некоторых видов. Так Eguisetum arvense быстрее набирал вегетативную массу на более смытых и кислых почвах склона крутизной 8 , при этом увеличивалась его доля в массе сорных растений.
Аналогичные тенденции в динамике за вегетацию отмечены и в 2006 году при возделывании ячменя с подсевом многолетних трав. Анализируя показатели сухой массы сорного компонента в конце вегетации за 2004-2006 гг. отмечается ее широкая вариабельность в зависимости от культуры, крутизны склона и вариантов обработки (табл. 19). Нами установлено, что этот показатель коррелировал с численностью сорняков (г = 0,92). К концу вегетации озимой пшеницы (2004 г) сухая масса находилась в пределах от 5 до 28 г/м . Безотвальные почвозащитные обработки оказывали на нее существенное влияние: на склоне крутизной 4 плоскорезные и минимальные обработки увеличивали ее в 1,3-1,4 раза, а при удвоении крутизны склона в 2,5-2,7 раза по сравнению с контролем. На вспашке поперек склона, а также в сочетании ее со щелеванием были отмечено наименьшее накопление биомассы на обоих склонах. С увеличением крутизны склона сухая масса как многолетних, так и малолетних сорняков снижалась.
В 2005 году перед уборкой овса на склоне крутизной 4 общая сухая масса сорняков по вариантам обработки существенно не отличалась, за исключением поверхностной (24,8 г/м ), что превышало контроль на 55%. Кроме того применение безотвальных обработок увеличивало сухую массу группы многолетних сорняков с максимальным ее значением на поверхностной обработке (20,1 г/м ) и сочетании ее со щелеванием (15 г/м ).
С увеличением крутизны склона сухая масса по всем вариантам обработки значительно возрастала (в среднем на 60%). Варианты поверхностных обработок существенно превышали отвальные обработки в накоплении сухой массы сорняков. Максимальное значение отмечалось на поверхностной со щелеванием (45 г/м ), что в сравнении с контролем было более чем в 2 раза выше.
