Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Проблемы использования навоза 8
1.2. Промежуточный сидерат как дополнительный источник повышения плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур 9
1.3. Солома - ценное удобрение 17
1.4. Использование биогенных факторов в севообороте ... 21
Глава 2. Условия и методика исследований 26
2.1. Природно-климатические условия Республики Татарстан 26
2.2. Метеорологические условия в годы проведения опытов 30
2.3. Характеристика почвы опытного участка 35
2.4. Схема опыта 36
2.5. Методика проведения анализов и наблюдений 37
Глава 3. Результаты исследований 41
3.1. Агрофизические показатели плодородия почвы 41
3.2. Водный режим 52
3.3. Питательный режим 55
3.4. Биологическая активность почвы 65
3.5. Фитосанитарное состояние почвы и посевов 67
3.6. Рост и развитие растений 74
3.7. Урожайность и ее качество 79
Глава 4. Экономическая и биоэнергетическая Эффективность 84
Основные выводы 88
Предложения производству 90
Список литературы 91
Приложения 107
- Промежуточный сидерат как дополнительный источник повышения плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур
- Использование биогенных факторов в севообороте
- Метеорологические условия в годы проведения опытов
- Фитосанитарное состояние почвы и посевов
Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях становления рыночных отношений и ведения многоукладного хозяйствования резко возрастает значение плодородия почв, как экономического и экологического факторов, так как от него во многом зависят результаты хозяйственной деятельности и состояние окружающей среды.
Первоочередной задачей данной проблемы является стабилизация уровня почвенного плодородия, прекращение его деградации под воздействием нежелательных факторов, таких, как: ухудшение агрофизических показателей почвы под воздействием антропогенных факторов; увеличение засоренности посевов и поражаемости растений вредителями и болезнями; загрязнение сельскохозяйственной продукции остатками пестицидов и др.
Повышение урожайности культурных растений возможно при решении главной задачи - расширенного воспроизводства почвенного плодородия. Как показывают практические результаты, только увеличением применения химических средств, повышением уровня использования технических ресурсов, невозможно поддерживать уровень плодородия почвы без использования органических удобрений.
По данным, полученным научно-исследовательскими институтами содержание гумуса упало до предельно низкого уровня; в нечерноземной зоне 1,3 -1,5%, а в Центрально-черноземной зоне - до 1,5 -5%. Ежегодные потери гумуса оцениваются в 0,62 т/га. Для предотвращения необратимых изменений в плодородии почв, необходимо принять срочные меры по поддержанию
5 баланса гумуса в почвах (Ильина Л.В., 1994; Хомяков Д., 1994; Лебедева
Л.А., 1995).
За последние годы внесение органических удобрений резко сократилось, особенно на отдаленных от животноводческих ферм полях внесение навоза не оправдывается с экономической точки зрения.
Для покрытия потребности в органическом веществе и достижения бездефицитного баланса гумуса в земледелии необходимо использовать все доступные и экономически оправданные источники органических удобрений.
Существенным источником пополнения запасов органического вещества почвы могут использоваться: солома на удобрение, сидеральные пары, промежуточные посевы на сидерацию, пожнивно-корневые остатки и др. Причем, эти вещества растительной формации являются наиболее выгодными в применении, в большой степени сохраняют природную сущность экосистемы (Лошаков В.Г., 1987; Дудкин В.М.,1990; Жученко А.А., 1990; Дов-бан К.И., 1992; Ушаков Р.Н., и др., 1994; Минеев В.Г., 1995).
В последние годы резко ослаблено внимание на использование прогрессивных способов обработки почвы. Постоянная вспашка, часто без предварительного лущения стерни, способствует усилению засоренности полей, зараженности посевов вредителями и болезнями. Упрощены и другие способы обработки почвы.
В настоящее время многие исследователи занимаются изучением вопроса биологизации земледелия и совершенствования обработки почвы. Недостаточно изучен вопрос по использованию биогенных факторов в зерновом звене севооборота, с применением прогрессивных способов основной обработки почвы.
Цель и задачи исследований. Целью исследования являлись изучение и разработка эффективных способов применения биогенных факторов при различных системах основной обработки серой лесной почвы в зернопаровом звене севооборота в условиях Татарстана, для обеспечения формирования высоких, качественных, стабильных урожаев, с одновременным повышением плодородия почвы и сохранением экологического равновесия.
Для выполнения поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи: изучить влияние биогенных ресурсов в сочетании с различными системами основной обработки на агрофизические свойства, водный и пищевой режимы, биологическую активность серой лесной почвы; определить влияние изучаемых приемов на фитосанитарное состояние почвы и посевов; установить характер роста и развития культур в звене севооборота, урожайность и качество урожая; рассчитать экономическую и биоэнергетическую эффективность изучаемых приемов; — разработать рекомендации для внедрения в производство. Основные положения, выносимые на защиту:
При использовании промежуточных культур на сидерат, соломы и навоза существенно улучшаются основные показатели плодородия серой лесной почвы, повышается экономическая и биоэнергетическая эффективность зернопарового севооборота.
Чередование в звене севооборота глубоких отвальных и безотвальных способов обработки почвы с поверхностными, при использовании промежуточных культур на сидерат и навоза, способствует оздоровлению фито-санитарного состояния посевов и почвы, а также получению экологически чистой продукции.
Научная новизна. Впервые в условиях серых лесных почв Предкамья Республики Татарстан разработаны эффективные способы сочетания приемов биологизации земледелия по улучшению фитосанитарного состояния севооборотов и рекомендованы конкретные факторы биологизации для получения высоких, стабильных и экологически чистых урожаев. Впервые изуче-
7 но и доказано возможность ослабления почвы от возбудителя корневой гнили - конидий гриба Bipolaris sorokiniana путем использования пожнивного на сидерат при комбинированной системе основной обработки почвы.
Практическая значимость. Исследованиями доказаны экологическая целесообразность и экономическая эффективность применения навоза, соломы и промежуточных сидератов при комбинированной системе основной обработки почвы. Применение разработанных приемов позволят повысить продуктивность севооборотов.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований опубликованы в научных статьях и тезисах научных и научно-практических конференций, которые используются в практической работе специалистов.
Результаты исследований используются в учебном процессе Казанской ГСХА.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на ежегодных научных конференциях Казанской ГСХА и на заседаниях кафедры общего земледелия (1997,1998,1999,2000 гг.), где получили положительную оценку. По теме диссертации опубликовано 3 научных статей, подготовлено 6 дипломников. Рекомендованные варианты биологизации земледелия включены в основные разделы методических пособий и рабочих тетрадей для студентов Казанской ГСХА.
Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю Х.Х. Хабибрахманову, коллективу кафедры общего земледелия и студентам дипломникам за помощь при проведении исследований и подготовке диссертационной работы.
Промежуточный сидерат как дополнительный источник повышения плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур
Для сохранения бездефицитного баланса гумуса, в зависимости от возделываемых в севообороте культур и почвенно-климатических условий доза внесения навоза существенно изменяется. И.В. Тюрин (1956), А.М.Лыков (1985), Л.П. Шишов (1977), С. Ding (1981) установили, что для типичных черноземов центральных районов Черноземной зоны - 4-5 т/га, для дерново-подзолистых почв не менее 7-12 т/га в год. Обеспечить поступление органических удобрений только за счет навоза не удается. По данным Н.П. Гришина (1988) выход навоза от поголовья скота может покрыть не многим больше половины потребности поля. В основном навоз вносится на поля, расположенные вблизи ферм и дорог. В связи с резким повышением стоимости транспортных работ, вывоз навоза на дальние поля севооборота, экономически не оправдывается. А так же при его внесении большегрузными тракторами и автомашинами почва сильно уплотняется, разрушается структура почвы, при весенне-летних осадках по следу транспорта развивается водная эрозия, смывается верхний, плодородный слой почвы.
В условиях интенсивного земледелия, выращивание зеленого удобрения в качестве промежуточной культуры является наиболее рациональным и целесообразным, так как использование пашни в свободный от возделывания основных культур севооборота период, уменьшает период нахождения пашни в оголенном состоянии. Это способствует предотвращению водной и ветровой эрозии, лучшему использованию солнечной энергии, а также миграции подвижных элементов питания за пределы корнеобитаемого слоя (В.Г. Лошаков, 1980, 1981; К.И. Довбан, 1981; А.Л. Кирилеско, Г.М. Шекун, 1982).
Наряду с различными видами органических удобрений, зеленое удобрение может сыграть существенную роль в решении проблемы фитосанитарного оздоровления специализированного зернового севооборота (Ю.М. Возняковская, Ж.П. Попова, 1993).
Промежуточные культуры влияют на весь комплекс химических, физических и биологических свойств почвы (Е.К. Алексеев, 1959; Д.Н.Прянишников, 1965; М.М. Гаврилов, 1965; В.Н. Мосин, 1969; В.Г. Лошаков, 1981; П.П. Бережной, 1993; М.А. Глухих, 1994; Е.И. Робов, 1995; В.А.Корчагин, 1995; К.И. Довбан, 1996; Ю.М. Возняковская и др., 1999;J.P.Hartin, 1986).
К группе культур, которые в наименьший срок накапливают большое количество растительной массы и используются в качестве зеленого удобрения относятся: озимый и яровой рапс, белая горчица, масличная редька, озимая рожь и другие культуры (С.А. Воробьев и др., 1965, 1968, 1972; Г.С. Гусев, 1975; В.Г. Лошаков, 1968, 1971, 1974, 1980; В.Г. Лошаков и др., 1973, 1974, 1975, 1979; К.И. Довбан, 1981).
В центральных районах Нечерноземной зоны РФ наиболее пригодны на зеленое удобрение пожнивные посевы промежуточных культур (Т.А. Рогова , 1987; В.А. Милюткин, 1999).
Для получения нормального урожая пожнивных культур требуется 60-70 безморозных дней, в течение которых сумма среднесуточных температур воздуха должна быть не ниже 800 С, а количество атмосферных осадков -не менее 100 мм. Таким требованиям отвечают агроклиматические условия не значительной территории РФ (В.Г. Лошаков, 1980).
Успех в возделывании пожнивных культур в значительной мере зависит от умелого подбора культур и соблюдения правильной агротехники (З.А. Габдражимов, 1989).
В ризосфере промежуточных культур значительно развита микрофлора. Масса сухого вещества микроорганизмов, отмирающих в течение года, в зависимости от условий может достигать 6 т/га. В сухом веществе отми рающих микроорганизмов содержится около 12% азота, 3% фосфора и 2,2% калия. С ним может поступать на дерново-подзолистых почвах до 650кг азота, 160кг фосфора и 120кг калия (Ф.И. Левин, 1985).
Поступление свежего органического вещества в почву способствует улучшению агрофизических свойств, увеличивается удельный вес биологически связанного азота, снижается кислотность, повышается буферность. Сидеральный пар защищает почву от ливневой эрозии. Так, в среднем за 1986-1991 гг. смыв почвы в чистом пару составил 33,3 т/га, в сидеральном 6,9 т/га. Замена чистого пара на сидеральный обеспечивает поступление в почву органического вещества, эквивалентного 30-5От/га подстилочного навоза (Н.И. Зезюков, 1992, 1993).
Корневые выделения промежуточных культур способствуют превращению труднодоступных форм фосфорных соединений в доступные (В .Г. Лошаков, 1984).
Зеленые удобрения являются сбалансированным источником питания для растений. (Ю.М. Возняковская, Ж.П. Попова, 1993)
Среди сложного комплекса природных и антропогенных факторов, влияющих на формирование плодородия почвы, определяющее значение занимает деятельность микроорганизмов (Н.С. Пухидская, 1986). Поэтому, в основе рационального применения всех используемых в земледелии агро-приемов должны служить данные о характере и направленности почвенно-микробиологических процессов (О.А. Берестецкий, 1984, 1986; Е.Н. Мишустин, 1972).
Использование биогенных факторов в севообороте
Для сохранения и повышения плодородия почв главное место занимают научно-обоснованные севообороты, обеспечивающие бездефицитный баланс питательных веществ в земледелии (С.А. Воробьев и др. 1987).
В Нечерноземной зоне России при специализации земледелия на производстве зерна, в структуре посевных площадей нередко преобладают зерновые культуры, что затрудняет реализацию основных принципов плодосмена. В этих условиях даже самое широкое применение удобрений, химических средств защиты растений и других средств интенсификации земледелия, как правило, не приводит к повышению урожайности полевых культур, поскольку происходит утомление почвы и снижение ее плодородия. Прежде всего, нарушается баланс органического вещества, увеличивается засоренность посевов сорняками, в значительной мере распространяются корневые гнили, бурая ржавчина, мучнистая роса и другие болезни зерновых культур (Л.И. Никифоренко, 1978; В.Г. Лошаков, 1990; В.Г. Минеев, 1993).
Промежуточные посевы на сидерат являются одним из эффективных способов оздоровления таких севооборотов (О.А. Бибиков, 1969; А.Д. Гор-боконь, 1971; В.Г. Лошаков, 1982, 1988, 1990; Т.М. Салова и др., 1984).
В.Г. Лошаков (1990) отмечает, повышение удельного веса зерновых культур в полевом севообороте до 83% снижает урожайность ячменя в среднем на 17,5%, но при использовании пожнивной сидерации в таких севооборотах, урожай зерна повышается на 7,5 - 10,7%.
К настоящему времени накоплено немало убедительных данных о том, что в севооборотах главными факторами ограничения урожайности становятся биологические факторы, в частности, повышение засоренности. Так, в зерновых севооборотах резко возрастает количество и масса сорняков. В борьбе с ними особо большое значение имеет возделывание промежуточных культур. Насыщение севооборотов сидератами относится к биологическим методам борьбы с сорняками, поскольку промежуточные культуры оказывают многостороннее влияние на агрофитоценоз севооборота. После них засоренность снижается на 40 - 50% (Г.И. Баздырев,1990).
Пожнивной посев редьки масличной способствует снижению засоренности пыреем ползучим более чем в два раза. Здесь отмечается аллелопати-ческое воздействие крестоцветных сидератов на однолетние и многолетние сорняки (В.П. Ковалев, 1990).
Благодаря выделениям корневой системы пожнивных культур можно снизить химическую нагрузку на поля (Л.В. Кукреш,1989; А.И. Иващенко и др., 1994).
Включение в севообороты сидератов в качестве промежуточных культур способствует возврату в дерново-подзолистую почву в органической форме элементов питания в среднем 350 кг/га, из них азота - 140 кг, калия -144, фосфора - 66, при урожайности зеленой массы около 200 ц/га. Такая же сумма элементов питания содержится в 30 тоннах навоза (К.И. Саранин, 1990; В.Н. Федорищев, 1988).
Севообороты, насыщенные промежуточными культурами на 20% обеспечивают бездефицитный баланс гумуса на темно-серых оподзоленных, суглинистых почвах западной Лесостепи Украины на 40 и 60%, достоверное повышение содержания гумуса на 0,03 - 0,08% (СВ. Бегей, 1990).
Пожнивной сидерат в сочетании с севооборотом и системой минеральных удобрений оказывает высокий эффект в биологическом окультуривании почв, в устранении отрицательных последствий зерновой специализации земледелия (А.Д. Горбоконь, 1971).
В результате положительного влияния пожнивных культур на почву они повышают продуктивность пашни (В.А. Арнт, 1995; Н.Ф. Коробской, 1995; Wells К., 1980).
К.И. Довбан и др. (1992) в исследованиях, проведенных на Гомельской опытной станции, на супесчаной почве установил, что совместное применение сидератов с соломой оказало положительное влияние на продуктивность севооборота. Солома совместно с сидератами (узколистный люпин, многолетний люпин, горчица белая) обеспечила прибавку первой культуры (картофель) в пределах 10-15%. В последействии запаханная солома дала достоверную прибавку урожая зерна ячменя и овса на 3,5 ц /га, солома с пожнивным узколистным люпином - 6,8; с многолетним люпином - 9 и с горчицей -6ц /га.
По данным Н.К. Кружкова (1978), в севообороте, максимально насыщенном зерновыми культурами, применение пожнивной горчицы на зеленое удобрение способствовало в среднем за 3 года повышению урожайности овса на 18,1%, а в отдельные годы на 29,3-32,2%).
Длительное использование пожнивного зеленого удобрения совместно с соломой в спциализированном зерновом севообороте повышает урожайность ячменя на дерново-подзолистой почве на 2,2 ц /га, овса - 2,0 ц /га, а совместная запашка пожнивного сидерата и соломы способствует улучшению структуры почвы на 20,4% (В.Г. Лошаков ,1993).
Севооборот должен не только создавать оптимальные условия для формирования высокой продуктивности растений, но и быть регулятором количественного и качественного состояния органического вещества почвы (М.М.Кононова, 1963).
Метеорологические условия в годы проведения опытов
Метеоусловия в годы проведения исследований (1998 - 2000 гг.) характеризовались значительными отклонениями по годам и от средних многолетних данных.
В 1998 году с января по апрель осадков выпало 124 % от нормы (рис.1). Перед посевом культур накопилось достаточное количество продуктивной влаги. Май характеризовался неравномерным распределением осадков. Если в первую и третью декаду гидротермический режим приблизился к среднемноголетним данным, то во вторую декаду отмечалась небольшая засуха. В июне наблюдалось повышение теплового режима, в отдельные дни температура воздуха достигала до +36 ... +38 С. Осадки выпали в четыре раза меньше от нормы, что привело к сильной засухе и существенно повлияли на формирование будущего урожая. В июле осадков выпало больше нормы на 19%, а среднесуточная температура воздуха была выше среднемного-летних на 2,6 С0. Гидротермический коэффициент равнялся 1,15. Август характеризовался умеренным тепловым режимом и влагообеспеченностью на уровне нормы.
Метеорологические условия 1999 года несколько отличались от предыдущего. Так, за январь - февраль, осадков в виде снега выпало в 2,3 раза больше среднемноголетней нормы (рис. 2). Снег сошел с полей в середине апреля - 12-16 числа. Апрель характеризовался повышенным тепловым режимом, но с пониженным количеством выпавших осадков. В мае количество осадков было несколько больше нормы в сочетании с прохладной погодой, в отдельные дни наблюдались заморозки до - 6С, что привело к уплотнению почвы, образованию почвенной корки. Все вышеперечисленное отрицательно повлияло на полевую всхожесть ранних яровых культур. Июнь оказался жарким (выше нормы на 2,8С) и сухим: в первой половине месяца наблюдалась засуха, которая оказала отрицательное действие на формирование вегетативной массы культурных растений. Июль и август характеризовались повышенным тепловым режимом и избыточной увлажненностью.
Осадки выпали на 20 и 40% больше среднемноголетнего показателя, при которой создались неблагоприятные условия для уборки озимой ржи.
Особенностью погодных условий 2000 года был повышенный температурный режим в течение года с января по сентябрь (рис. 3), за исключением мая месяца, где среднесуточная температура была ниже нормы на 3С. При этом, дневные пониженные температуры воздуха сопровождались ночными заморозками на почве до -5С. Количество осадков перед посевом было в достаточном количестве, а прошедшие ливневые дожди в мае после посева, способствовали образованию почвенной корки, что привело к недружным всходам. В июне влагообеспеченность была на 45% выше среднемноголетних данных. Июль 2000 года характеризовался повышенным тепловым режимом и с малым количеством осадков (53% от нормы). В августе обеспеченность влагой и тепловой режим были в пределах среднемноголетних значений. В целом, вегетационный период роста и развития культур 2000 года можно оценить как относительно благоприятным годом по метеорологическим условиям.
Фитосанитарное состояние почвы и посевов
В.Р. Вильяме (1946) утверждал, что борьба с сорными растениями должна иметь системный характер, основанный на главных свойствах сорняков, в противном случае вся борьба сведется к бессистемной кустарщине. Борьба с засоренностью полей включает в себя комплекс приемов, часть которых широко используется в традиционном земледелии: очистка семенного материала от семян сорных растений, правильная подготовка органических удобрений, увеличение нормы высева различные системы основной и предпосевной обработки почвы и другие. Одним из наиболее эффективных приемов уничтожения сорняков, является биологические методы (Е.К. Саранин, 1994).
К числу биологических способов борьбы с сорняками следует отнести подавление и уничтожение их культурными растениями за счет повышения их конкурентоспособности путем улучшения роста и развития, а также биохимического воздействия их на сорняки (С.А. Воробьев, 1972; Г.В. Белов, 1985; В.Г. Лошаков, С.Ф. Иванова и др.,1987).
Из таблицы 8 видно, что биогенные факторы оказывали неодинаковое влияние на количество семян сорных растений в почве. Промежуточные сидераты способствовали снижению запаса семян сорняков, в слое 0-10 см -8,0 тыс. шт./м , без биогенов было больше - 15,1. По вариантам с применением соломы количество семян в почве было сравнительно больше - 20,3 тыс. шт./м , при совместном использовании сидерата и соломы снижалось до 18,5, при усиленной биологизации - 23,6. В слое 10-20 см количество семян сорных растений несколько увеличилась, разница между вариантами была аналогичной верхнему слою.
Уменьшение запаса семян сорняков в слое 10-20 см наблюдалось при использовании сидератов на фоне комбинированной системы обработки 11,7 шт./м2, без биогенов - 17,2
К периоду уборки в верхнем слое почвы относительно интенсивное уничтожение семян сорных растений было по варианту промежуточного сидерата - 11,8 тыс. шт./м2, при совместном использовании сидерата и соломы - 22,7, по варианту усиленной биологизации - 26,8. В нижнем слое содержание семян сорняков было близкой к верхнему слою - 16,3 - 21,5 тыс. шт./м2.
Проведенные учеты численности сорных растений в посевах звена севооборота показали (табл. 9), что количество сорняков было неодинаковым: меньше их было в посевах озимой ржи, больше под посевами гороха, еще больше в занятом пару (под однолетними травами).
Факторы биологизации оказывали неодинаковое влияние на засоренность посевов. Так, использование промежуточного сидерата способствовало уменьшению числа сорняков в посевах гороха - 66,4 шт./м , при - 72,8 без биогенов. Применение соломы увеличило засоренность - 88,9 шт./м , по сидератам и соломой было 78,4, при усиленной биологизации - 81,3.
Применение навоза под озимую рожь способствовало некоторому уве-личению засоренности - 28,5- 35,3 шт./м , и 8,3 - 11,4 г/м абсолютно-сухой массы сорняков, когда без биогенов - 21,6 - 22,9 и 8,3 - 9,2 соответственно количества и массы.
