Содержание к диссертации
Введение
1 Влияние ресурсосберегающих приемов основной обработки почвы и биоорганических удобрений на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность сельскохозяйственных культур (обзор литературы) 10
1.1 Влияние приемов основной обработки почвы на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность сельскохозяйственных культур 10
1.2 Влияние биоорганических удобрений на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность сельскохозяйственных культур 25
2 Условия, объект и методика исследований 43
2.1 Почвенно-климатические условия предуральской степи Республики 43
Башкортостан .
2.1.1 Климатические условия 44
2.1.2 Растительность 46
2.1.3 Рельеф 46
2.1.4 Характеристика почвы опытного участка 47
2.2 Агрометеорологические условия в годы проведения исследований 48
2.3 Объект, схема опыта и методика проведения исследований 50
2.4 Характеристика биоорганического наноудобрения Нагро 54
3 Результаты исследований 56
3.1 Гумусное состояние почвы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 56
3.1.1 Влияние приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро на поступление свежеорганических веществ в почву 56
3.1.2 Содержание и запасы гумуса 59
3.1.3 Динамика подвижного гумуса в почве 64
3.1.4 Динамика водорастворимого гумуса в почве 67
3.2 Агрохимические свойства почвы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 69
3.3 Биологические свойства почвы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 71
3.3.1 Целлюлозоразлагающая способность почвы 71
3.3.2 Нитрификационная способность почвы 72
3.3.3 Выделение СО2 73
3.4 Фитосанитарное состояние посевов в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 75
3.4.1 Засоренность посевов 75
3.4.2 Количество вредителей 81
3.4.3 Развитие болезней 83
3.5 Урожайность яровой пшеницы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 87
4 Экономическая и энергетическая эффективность производства зерна яровой пшеницы 90
4.1 Экономическая эффективность производства зерна яровой пшеницы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 90
4.2 Энергетическая эффективность производства зерна яровой пшеницы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро 92
Выводы
Предложения производству 96
Библиографический список 97
- Влияние биоорганических удобрений на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность сельскохозяйственных культур
- Растительность
- Содержание и запасы гумуса
- Энергетическая эффективность производства зерна яровой пшеницы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро
Влияние биоорганических удобрений на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов и урожайность сельскохозяйственных культур
Около VIII тысячелетий до нашей эры человек впервые начал обрабатывать почву с целью получения продуктов питания, а сама же почва, до конца 19 века, считалась мертвым геологическим слоем Земли [Косинский В.С., 1990].
В 1883 году В.В. Докучаев доказал, что почва живет, развивается и в зависимости от условий, от действий человека может процветать либо медленно умирать. И именно по этому, он рекомендовал, обработку почвы проводить таким образом, чтобы меньше ее распылять и по возможности не оставлять без прикрытия [Иванов В.М., 2007].
Наряду с В.В. Докучаевым, такие русские ученые, как Д.И. Менделеев и П.А. Костычев, обработку почвы с оборачиванием пласта считали не обязательным агротехническим приемом [Баздырев Г.И., 2008; Сафиулин М.В., 2009]
Д.И.Менделеев более 120 лет назад говорил о том, что большинство земледельцев заблуждаются, считая глубокую обработку наиболее эффективным приемом [Власенко А.Н., 2014].
Позднее, в 1909 году, И.Е. Овсинский, став последователем многих идей своих предшественников, впервые разработал почвозащитную систему земледелия, основываясь на минимизации обработки почвы [Баздырев Г.И. 2008].
Глубокая вспашка лишает возможности регулировать влагу в почве, вследствие чего ее приверженцы то смотрят со сложенными руками, как расте 11 ния гниют, то во время засухи стараются вызвать дождь удивительными средствами, например, зажиганием взрывчатых веществ в облаках, как это пробовали делать в Америке. [Сафиулин М.В., 2009]
Вред плуга ученый видел в нарушении естественного расположения слоев почвы, снижении их водопроницаемости и ухудшении условий для деятельности микроорганизмов почвы: аэробы, которым требуется насыщение почвы кислородом, оказываются в глубине почвы и угнетаются анаэробными условиями, а анаэробные микроорганизмы, напротив, попадая в условия избытка кислорода, погибают или ослабляют деятельность [Бородин Н.Н., 1976].
«Многие из сторонников глубокого распахивания оказались в положении человека, который, убив курицу, которая несет яйца, думал сразу разбогатеть. Но глубоко распаханная земля родить не хочет», – убеждал Иван Овсин-ский. Овсинский не жег стерню, пожнивные остатки оставлял в поле. Не пахал, а рыхлил, и то, что сейчас осваивается нашими сельхозпроизводителями как передовой западный опыт, Овсинский применял уже тогда, когда на западе еще и не думали о Miniill и Noill. Однако, на родине его опыт не нашел приверженцев. Поэтому вспашка являлась неотъемлемым приемом классической обработки почвы. Вместе с тем исследования технологий возделывания культур с помощью мелкой обработки продолжались [Хабиров И.К., 1999, Аюпов З.З., 2014].
Французский фермер Жан (1910) рекомендовал, взамен вспашки плугами, применение чизель-культиватора с постепенным углублением обрабатываемого горизонта до 20-22 см. С применением чизель-культиватора урожайность зерна овса достигала до 4,4 т/га, а ячменя — 3,7 т/га. Во Франции фермеры засушливых регионов до сих пор применяют данную технологию [Дорожко Г.Р., 2011].
В начале двадцатого столетия мелкую обработку почвы в юго-восточной части России распространял Н.М.Тулайков. Он рекомендовал переходить на поверхностные обработки с использованием дисковых орудий, при этом полностью отказаться от глубокой обработки почвы.
Но на тот момент из-за отсутствия возможности использования химических средств борьбы с сорной растительностью к мелкой обработке не проявили особого внимания. В последующем применение мелкой обработки почвы на посевах сельскохозяйственных культур было запрещено.
Позднее, в середине XX века в США была издана книга американского фермера Э. Фолкнера «Безумие пахаря». В этой книге автор главной причиной снижения плодородия почвы и развития эрозионных процессов называл ежегодную вспашку. Э. Фолкнер рекомендовал широко использовать поверхностную обработку почвы на 7,5 см, которая, по его мнению, обеспечивает более благоприятный водный и пищевой режимы. Эта книга оказала существенное влияние на дальнейшее развитие земледелия разных стран [Сираев М.Г., 2006 ].
В 50-е годы XX века Т.С.Мальцев [1985] разработал безотвальную систему основной и предпосевной обработки почвы, которая существенно отличалась от культурной обработки В. Р. Вильямса. Данная система подразумевала сокращение числа глубоких обработок за ротацию севооборота, соблюдение чередования по годам и полям глубокой безотвальной пахоты на глубину 10-12 см специальными дисковыми лущильниками в зернопаровых и зернопаропро-пашных севооборотах [Уметбаев А.Ш., 2011].
Европа, Австралия, Северная и Южная Америка на ресурсосберегающее земледелие стали переходить еще в семидесятых годах прошлого века. В Канаде в настоящее время не распахивают ни один гектар, плуг не используется и на 90 процентах посевных площадей в США [Сафиулин М.В., 2009].
В мире по нулевой технологии обрабатывается более 100 млн. га и этот объем неуклонно растет [Банькин В.А., 2006].
Сегодня, в XXI веке, почти все ведущие страны - сельскохозяйственные производители активно используют ресурсосберегающие системы возделывания сельскохозяйственных культур.
За период с 1971 по 2006 годы индекс окультуренности почв с учетом относительных индексов рН, Р2О5 и К2О повысился с 0,48 до 0,87 (1,8 раза), урожай зерновых — с 9,2 до 15,1 ц/га (1,6 раза), что подтверждает их общую связь [Безносов А.И., 2011].
Почвозащитные системы обработки почвы, в первую очередь, должны основываться на постоянном контроле основных показателей плодородия почв, от которых и будет зависеть эффективность их применения. Особенно важно при этом вести контроль за почвенной органикой, уровнем биогенности, составом микрофлоры и фауны, а так же за уплотнением плодородного слоя почвы [Дояренко А.Г., 1965; Габбасова И.М., 2014].
По мнению ряда авторов [Лазарев В.И., 1998; Хабиров И.К., 2005; Рыд-цева Н.Г., 2009; Аюпов З.З., 2009; Миннебаева И.Ф., 2010; Анохина Н.С., 2011], ресурсосберегающие технологии способствуют сохранению уровня содержания и запасов гумуса, главным образом, за счет уменьшения потерь органического вещества вследствие замедления процессов минерализации и увеличения его лабильной части благодаря сохраняющимся растительным остаткам (солома, мякина).
Растительность
Республика Башкортостан расположена на Урале и в Приуралье, чем объясняется зональность ее растительного покрова [Хазиев Ф.Х., 1995; Карпа-чевский Л.О., 2005].
В частности, почвенно-климатические особенности условий предураль-ской степи определили типичность растительности данной зоны. В настоящее время большая часть территории сильно распахана, местами распаханность достигает 70–80%. Так же, растительность изменена пастьбой скота [Хазиев Ф.Х., 2012].
Лесные массивы претерпели серьёзные изменения вследствие рубок, что привело к их изреживанию. По видовому составу преобладают дубовые, берёзовые, осиновые и липовые леса, но они распространены не равномерно.
Естественная травянистость, в силу зональности территории представлена луговыми и степными группировками. Разнотравно-злаковая растительность, характерная для степных районов республики, сохранилась в настоящее время только отдельными островками. В большей степени сохранились типчаково-ковыльные степные группировки.
Сорно-полевая растительность представлена различными формациями. Из сорных растений наиболее распространенными являются: осот розовый, осот полевой, вьюнок полевой, пырей ползучий, хвощ полевой, пастушья сумка, василёк синий, овсюг обыкновенный, марь белая, щирица запрокинутая, куриное просо, щетинник зеленый [Чуданов И.А., 1990].
Рельеф Предуральской степной зоны, с одной стороны, присутствуют денудационные поверхности, возникшие за счет процессов сноса, вызванных активными поднятиями земной коры и особенностями процессов выветривания в условиях континентального климата; с другой – широко распространены аккумулятивные поверхности.
На почвенный покров Предуральской степной зоны влияют особенности макрорельефа. При этом наиболее существенными являются различная высотная структура отдельных частей степной зоны, разные морфологические формы водоразделов, многоступенчатая система надпойменных террас, склоновых площадей неодинаковой крутизны и экспозиции, существование разветвленной овражно-балочной сети, наличие плоскостных смывов, делювиальных шлейфов и др. [Хазиев Ф.Х., 1995].
Характерными морфологическими признаками черноземов выщелоченных являются наличие гумусового горизонта значительной мощности, четко выраженная структура, наличие уплотненного иллювиального горизонта, отсутствие признаков оподзоливания и пониженный уровень горизонта вскипания. зернистый, среднесугли-нистый, среднеуплотнен. Переход заметный, не ровный.
В1 64–78см Серовато-бурый с коричневым оттенком, окрашен неравномерно с темно-серыми языками и затеками гумуса, среднеувлажнен, структура среденепризматическая, сред-несуглинистый, уплотнен. Переход заметный. продолжение таблицы 2. В2 78–106 см Красновато-бурый, окрашен не равномерно, на гранях ор-гано-минеральные лакированные натеки, единичный гумусовый сверху, структура призматическая, по граням коричневатые примазки, среднеувлажнен, тяжелосуглинистый, уплотнен, вскипает с глубины 100см. Переход постепенный.
В2С 106–132см Светло-желто-бурый, увлажнен, призмовидной структуры, плотный, тяжелосуглинистый, карбонаты в виде псевдомицелия, бурно вскипает. С 132–150см Желто-бурый, влажный, бесструктурный, тяжелосуглинистый, плотный, встречаются скопления карбонатов, бурно вскипает. По данным метеостанции Мелеуз, расположенной в 18 км от опытного поля, метеорологические условия за период проведенных исследований складывались неодинаково (рисунок 2.1).
Зима 2011 года характеризовалась холодной погодой, неоднозначным температурным режимом суточными колебаниями от -10 до –40С0 . Минимальная температура воздуха в ноябре составила -25 - -30С0. Высота снежного покрова 5-7 см (норма 10-20см). Плотность снега составила 0,1-0,2г/см3 к 30.11.2011 г почва промерзла на 15-40 см (норма 10-30 см). К концу ноября сумма отрицательных температур воздуха достигла -290С0 (норма 215С0). В первой и второй декаде декабря средняя температура воздуха была холоднее нормы на -6 – -16 С0 , осадки были ми-нимальными(20% от нормы или 1-10мм). Средняя декадная температура воздуха за последнюю декаду декабря варьировала в пределах -6 – -13 С0, что теплее нормы на 3-7 С0. К концу декабря глубина промерзания почвы составила 80 см, высота снежного покрова – 8-19 см (при норме 10-19см). Первая декада января была теплее нормы на 2-5 С0 , количество осадков – 0,2-0,5 мм. Во второй декаде средняя температура воздуха -10-16 С0 , осадки 1-7мм (15% от нормы). Третья декада января оказалась самой холодной – 15-21 С0 , что холоднее нормы на -4 – -6 С0 , осадки отсутствовали. Промерзание почвы достигло до 107см. Из-за сильного ветра происходи 49 ло передувание снега, оголение отдельных участков на полях, что оказало негативное воздействие на зимующие культуры. Февраль месяц характеризовался более морозной погодой, средняя температура воздуха составила -18 – -19 С0 , что на -4 С0 холоднее нормы. Осадков выпало мало – 1 – 10 мм (5-20% от нормы). К концу месяца высота снежного покрова достигла 7-19см, при норме 20 – 60см. Весеннее-летний период отмечался следующими особенностями:
Погодные условия вегетационного периода 2013 года характеризовались температурой воздуха, близкой к средним многолетним значениям и обильными осадками. Среднемесячная температура воздуха колебалась в пределах 6,3-21,60. Наибольшее количество осадков за вегетационный период было отмечено в июле – 48,6 мм, наименьшее – в апреле (27,2 мм) [Агрометеорологические условия…, 2014].
Содержание и запасы гумуса
В условиях современного земледелия органические остатки сельскохозяйственных культур имеют большое значение. С одной стороны, они являются одним из источников пищи для растений, с другой – источником синтеза перегноя, играющего важную роль в образовании структуры почвы [Данилов Г.Г., 1982].
Биология и агротехника возделывания отдельных сельскохозяйственных культур определяет количество поступающих в почву пожнивных и корневых остатков [Щербаков Б.Т., Аюпов З.З. 2008; Гареев Н.И. 2011].
На юго-востоке Украины после возделывания озимой пшеницы накапливалось 3,2-3,8 т/га органической массы в почве, а применение удобрений увеличивало ее содержание на 5,9–9,7% [Демкин В.И., 1990].
Новиков А.А. [2012] утверждает, что возделывание бобовых и злаковых культур, обеспечивают возврат после себя в почву большого количества корневых и пожнивных остатков. Корневые и пожнивные остатки, разлагаясь при доступе воздуха, образуют перегной, который увеличивает растворимость почвенных минералов и распадается до простых солей. Происходит процесс минерализации органического вещества.
В течение второй ротации севооборота нами проводился учет количества корневых и пожнивных остатков культур севооборота (таблица 3.1, приложение 2).
На гумусное состояние пахотных почв огромное влияние оказывают культуры севооборота. Они оставляют после себя в почве и на ее поверхности Таблица 3.1 – Количество свежеорганических веществ, оставленных в почве сельскохозяйственными культурами в зернопаропропашном севообороте, слое почвы 0–30см, т/га, за 2011–2014 гг.
Варианты опыта Чистый пар Озимая рожь Сахарная свекла Яровая пшеница Среднее на 1 гасевооборотнойплощади, т
Нагро — 10,4 15,3 10,2 8,9 разное количество пожнивных и корневых остатков, являющихся одним из основных источников органического вещества в почве. Однако, эти растительные остатки в почве перераспределяются в зависимости от интенсивности агротехнического воздействия. При классической системе обработки почвы основная масса растительных остатков размещается по всему профилю пахотного горизонта, при поверхностной обработке – в слое 0–12 см, а при Noill – до глубины 5–6 см.
В наших опытах сравнение изучаемых вариантов приемов основной обработки почвы показывает, что наибольшее поступление свежеорганических веществ на 1 га севооборотной площади за период второй ротации севооборота отмечалось на варианте вспашки и составило 11,5 т, а наименьшее – на варианте Noill – 7,0 т.
Однако, без применения удобрений вынос питательных веществ с урожаем культур превышает их поступление растительными остатками в почву. Эта одна из основных причин уменьшения содержания гумуса в почве.
В работах Лыкова А.М. [1986] отмечается, что на дерново-подзолистых почвах применение минеральных удобрений на протяжении длительного периода способствует уменьшению потерь гумуса благодаря большому количеству пожнивных и корневых остатков поступающих в почву. Но баланс гумуса при этом остается дефицитным на фоне классической системы обработки почвы.
Применение Нагро на фоне всех изучаемых приемов основной обработки почвы способствовало увеличению накопления свежих органических веществ в почве. Так, на удобренном варианте вспашки поступление свежеорганических веществ в почву составило 14,0 т на 1 га севооборотной площади за период второй ротации севооборота, при поверхностной обработке – 11,1 т, на варианте Noill –8,9 т. 3.1.2 Содержание и запасы гумуса Органическая часть минеральных почв состоит из органических остатков различной степени сохранности и гумуса [Васильев, О.А., 2007].
Гумусовые вещества – уникальный природный аккумулятор биохимической энергии и важнейший фактор существования форм наземной жизни, выполняющий аккумулятивную, трофическую, регуляторную, физиологическую и биопротекторную функции в биосфере Земли [Чуков, С.Н., 2004].
В процессе обработки почвы, происходит усиление ее аэрации, разрушается структура, что в результате приводит к переходу органического вещества в доступную для растений форму.
Содержание валового гумуса в почве характеризует потенциальное плодородие, а содержание лабильных форм органического вещества определяет эффективное плодородие почвы. Воздействие на почву почвообрабатывающими орудиями способствует уменьшению количества лабильных гумусовых веществ. Это приводит к снижению эффективного плодородия почвы даже при высоком содержании валового гумуса [Хабиров И.К., 1977; Чесняк Г.Я., 1986].
По результатам исследований Минеева В.Г. [1990] выявлено, что внесение минеральных удобрений в почву не всегда позволяет сохранять содержание гумуса на исходном уровне. Однако, ежегодное стабильное внесение минеральных и органических удобрений оказывает повышающий эффект на содержание органического вещества по отношению к почвам, где удобрения не применяются [Дьяконова К.В., 1981; Зубков Н.В., 1995]
По данным Лыкова А.М., Сафонова А.Ф. [1986], возделывание однолетних полевых культур без удобрений и при систематическом применении минеральных туков на протяжении 70 лет не смогло обеспечить бездефицитный баланс гумуса почв опытного участка. Решение данного вопроса стало возможным при применении длительного унавоживания.
Влияние органических и биоорганических удобрений на содержание и запасы гумуса в почве связано с тем, что в них уже содержится определенное количество гумусовых веществ и значительное количество их образуется в процессе гумификации растительных остатков. Биоорганическое наноудоб-рение Нагро в своем составе так же содержит гуминовые и фульвокислоты, которые участвуют в процессе разложения растительных остатков и гумусо-образовании. Интенсивность накопления гумуса при применении органических удобрений (а так же Нагро) зависит от дозы, длительности их применения и почвенно-климатических условий местности.
Результаты исследований некоторых ученых показывают, что внесение малых норм минеральных и органических удобрений не приводят к накоплению гумуса в почве. Так, Гетманец А.Я. и соавторы [1973] установили, что при применении 40 т органических удобрений за ротацию севооборота в течение 50 лет не приводит к накоплению гумуса в слабовыщелоченном черноземе. Увеличение содержания и запасов гумуса в метровом слое почвы произошло только при норме 80 т/га навоза и удвоенного количества минеральных удобрений. По мнению авторов, увеличение гумуса в почве при минеральной системе удобрений связано с высоким урожаем, что способствует большему накоплению пожнивных и корневых остатков, а так же с изменением интенсивности и направленности биохимических процессов в почве под влиянием высоких доз удобрений, несколько снижающих ход процесса минерализации гумуса.
Энергетическая эффективность производства зерна яровой пшеницы в зависимости от приемов основной обработки почвы и биоорганического наноудобрения Нагро
Хозяйственная деятельность любого предприятия предполагает постоянное соизмерение результатов и затрат, определение наиболее эффективного варианта действий. Для этого производиться расчет такого показателя, как экономическая эффективность, который выражается соотношением экономического результата и затрат, обеспечивающих этот результат [Кузнецова Т.Г., 2014].
Главной задачей определения экономической эффективности является выявление наиболее приемлемых вариантов производства с использованием доступных предприятию ресурсов при этом максимально окупив затраты на их приобретение [Гирфанова И.Н., 2003].
Проведенный нами анализ по определению экономической эффективности различных приемов основной обработки почвы на посевах яровой пшеницы показал, что наиболее высоким уровнем рентабельности характеризуется вариант Noill – 91,9% (таблица 4.1). Нельзя не отметить тот факт, что именно на данном варианте была получена низкая урожайность яровой пшеницы относительно других вариантов (1,47 т/га).
Высокий показатель рентабельности варианта Noill при низкой урожайности объясняется сокращением затрат связанных с производством продукции на 1 гектар (4213 рубль). Этому способствует уменьшение техногенной нагрузки при производстве продукции, экономия ГСМ, повышение эффективного плодородия почвы относительно интенсивных приемов основной обработки почвы – вспашки, где уровень рентабельности составил 73,3% при производственных затратах на 1 га 5300 рублей.
Экономическая эффективность возделывания яровой пшеницы также существенно зависела от применения Нагро. Так, на всех вариантах приемов основной обработки почвы с применением Нагро произошло снижение себестоимости 1 тонны продукции. Наименьшее ее значение было получено на варианте Noill – 2470 руб./т. при уровне рентабельности – 122,7%.
На вариантах вспашки и поверхностной обработки почвы при применении Нагро так же произошло повышение уровня рентабельности относительно неудобренных вариантов (97,0% и 101,9% соответственно). Таким образом, наибольший уровень рентабельности производства зерна получен на фоне совместного применения Нагро и Noill и составил 122,7%.
В настоящее время, помимо экономической эффективности большую актуальность приобретает энергетическая эффективность. Она определяет рациональность использования энергетических ресурсов, достижение экономически целесообразной эффективности использования существующих энергетических ресурсов при действительном уровне развития техники и технологии и соблюдении требований к охране окружающей среды. Понятие энергетической эффективности означает достижение определенного результата с использованием меньшего количества энергии, чем требуется обычно [Орлова, Л.В., 2013].
Минимализация обработки почвы является одним из эффективных способов уменьшения затрат при производстве растениеводческой продукции. Это вызвано тем, что при применении минимализации обработки почвы сокращается техническая нагрузка на поле, которая заменяется применением гербицидов, а также большинство приемов обработки почвы выполняются за один проход агрегата [Сираев, М.Г., 2011]. Результаты расчетов энергетической эффективности приемов основной обработки почвы и Нагро при возделывания яровой пшеницы приведены в таблице 4.2. Как видно из таблицы, на всех вариантах обработки почвы коэффициент энергетической эффективности был выше относительно вариантов применения Нагро.