Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
Оптимизации севооборотов, подбор культур, адаптированных к почвам с различными агромелиоративными свойствами 8
2. Условия и методы исследований 18
2.1. Природные и климатические условия степной зоны Оренбургской области 18
2.2 Почвенно-мелиоративная характеристика почв объекта исследований 20
2.3. Схема и методика проведения опытов 25
3. Агрофизические и химические свойства почв в севооборотах различных агроэкологических групп земель 32
З.Ь Изменение водно-физических и химических свойств почв 32
3.2. Продуктивный запас влаги 38
3.3. Биологическая активность почвы 46
3.4. Условия минерального питания растений 49
4. Полевая всхожесть семян, густота всходов растений, их сохранность и засоренность посевов в севооборотах 57
4.1. Полевая всхожесть семян, густота всходов растений и их сохранность 57
4.2. Засоренность посевов в севооборотах 64
5. Продуктивность, структурный анализ и качество урожая возделываемых сельскохозяйственных культур в севооборотах на различных агроэколо гических группах земель 74
5.1. Структурный анализ растений в севооборотах 82
5.2. Продуктивность возделываемых культур в севооборотах 91
5.3. Качество зерна 106
6. Экономическая и энергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в севооборотах 109
Выводы 115
Рекомендации производству 117
Список литературы
- Почвенно-мелиоративная характеристика почв объекта исследований
- Биологическая активность почвы
- Засоренность посевов в севооборотах
- Продуктивность возделываемых культур в севооборотах
Введение к работе
Актуальность проблемы. Системы земледелия, разработанные в хозяйствах области в 90-х годах требуют совершенствования, в связи с экономическим кризисом, организацией крестьянско-фермерских хозяйств, акционерных обществ и кооперативов. Необходимо создание систем земледелия максимально адаптированных к природным условиям, учитывающие дифференцированное использование земель, новые формы организации труда, потребности населения и животноводства в продукции растениеводства, рынок сбыта, экономическое состояние хозяйства.
На современном этапе это можно достичь при организации адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Адаптивно-ландшафтная система земледелия определяется как система использования земли определенной агроэкологической группы, ориентированная на производство продукции экономически и экологически обусловленного количества и качества в соответствии с общественными (рыночными) потребностями, природными и производственными ресурсами, обеспечивающая устойчивость агроландшафта и воспроизводство почвенного плодородия (В.И. Кирюшин, 1993).
В системах земледелия особое место занимают севообороты и структура посевных площадей, адаптированные к почвенно-климатическим условиям и специализации хозяйства.
Важным фактором, определяющим набор культур в севооборотах, являются агромелиоративные свойства почв, особенно на солонцовых почвах.
Комплексные солонцеватые и солонцовые почвы составляют в Оренбургской области более двух миллионов гектар. Вывести из пашни эти земли практически не возможно, так как солонцы и солонцеватые почвы (с долей их участия до 25%, от 25 до 50%) располагаются в комплексе с зональными почвами и требуют дифференцированного подхода в их использовании. Учитывая большое разнообразие этих почв по агромелиоративным свойствам,
необходимо их освоение в соответствии с разработанной агромелиоративной группировкой солонцовых почв и их агроэкологической оценкой.
Наряду с группами солонцовых земель, требующих сложной мелиорации, весьма высока доля таких, которые дают достаточно высокий эффект при использовании различных агротехнических мероприятий, подборке культур с учетом солонцеватости и засоленности почв, применении различных приемов обработки почвы, выбора рациональных севооборотов и дифференциации агротехнологий. К числу таких почв можно вполне отнести черноземы южные солонцеватые.
Суть научного обеспечения этой актуальной проблемы, на наш взгляд, заключается в разработке различных вариантов возделывания сельскохозяйственных культур в системе севооборотов, чтобы товаропроизводитель мог выбирать оптимальное решение в использовании земель, в зависимости от их агроэкологической оценки, направленности хозяйства и социально-экономических условий.
Формирование севооборотов различного уровня интенсификации, должно осуществляться с соответствующим подбором культур, новых сортов, с применением современных агротехнологий, рациональным применением мелиорации и системы обработки, удобрений и их эколого-экономическим обоснованием. Многие вопросы оптимизации севооборотов на различных комплексных солонцовых и солонцеватых почвах, подверженных в различной степени эрозионным процессам, особенно при возделывании на них зерновых культур, не получили достаточного научного обоснования и конкретной разработки.
Цель и задачи исследования. Целью являлась разработка оптимальных севооборотов на черноземах южных солонцеватых и комплексных солонцовых почвах с различными агромелиоративными свойствами для условий Предуралья Оренбургской области. Задачи исследований:
определить продуктивность севооборотов на черноземах южных солонцеватых и комплексных солонцовых агроландшафтах;
установить влияние предшественников на водно-физические, химические свойства, водный и пищевой режим, засоренность, рост и развитие возделываемых культур в севооборотах;
выявить взаимодействие изучаемых факторов;
определить экономическую, энергетическую, экологическую эффективность применения различных севооборотов.
Научная новизна. Впервые в степных условиях Предуралья Оренбургской области на малосолонцовых черноземах южных солонцеватых и комплексных солонцовых почвах с различными агромелиоративными свойствами определена эффективность зернопаротравяных, зернопаровых и кормовых севооборотов; изучены водно-физические и химические свойства почв в севооборотах на различных агроэкологических группах земель, дана энергетическая, экономическая и экологическая оценка изучаемых культур в севооборотах
Практическая значимость работы. Производству рекомендованы оптимальные севообороты на малосолонцовых землях: солонцеватых черноземах среднемощных и маломощных, солонцах глубоких средненатриевых со-лончаковатых среднезасоленных, с научно обоснованным чередованием культур и эффективным размещением их на различных элементах рельефа местности.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку на малосолонцовых землях в полевых севооборотах ОПХ им. Куйбышева и ОПХ «Урожайное». Экономический эффект от внедряемых разработок, в зависимости от агромелиоративных свойств и местообитания составил от 450 до 650 руб. с 1га соответственно. Полученные данные используются в учебном процессе Оренбургского государственного аграрного университета.
Основные положения, выносимые на защиту:
- влияние водно-физических, химических и биологических свойств почв
на рост и развитие растений в севооборотах, размещаемых на различ
ных агроэкологических группах земель;
- определение влияния изучаемых предшественников на засоренность и
продуктивность культур в севооборотах;
- экономическая, энергетическая и экологическая эффективность
севооборотов в зависимости от агромелиоративных свойств почв.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались и обслуживались на международных и научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 2001-2003 гг.), ученых советах ОНИИСХ (1998-2006 гг.), международных и российских научно-практических конференциях, проводимых в Оренбургском государственном аграрном университете и ОНИИСХ (2003, 2004, 2005, 2006 гг.)
Публикация результатов исследований. Наиболее значимые положения по теме диссертации опубликованы в 11 статьях.
Структура и объем и диссертации. Диссертация написана на 180 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 6 глав, 31 приложения, выводов и рекомендаций производству, содержит 53 таблицы, 7 рисунков, список использованной литературы содержит 149 источников, в том числе 6 на иностранных языках.
Почвенно-мелиоративная характеристика почв объекта исследований
Исследования проводились на опытном стационаре № 3, расположенном в опытном хозяйстве им. Куйбышева Оренбургского НИИ сельского хозяйства Оренбургского района Оренбургской области.
Стационар был заложен в 1993 году на участке, представленном сочетанием чернозема южного солонцеватого среднемощного слабосмытого (склон до 1 и 3) в комплексе с черноземом южным солонцеватым маломощным среднесмытым (склон до 5) и солонцом степным глубоким эрозионным (склон до 5). Характеристика физических и химических свойств этих почв представлена в таблицах 2, 3.
Почвы комплекса характеризуются средне тяжелосуглинистым - механическим составом. При этом солонцеватые почвы отличаются от солонцов большей аккумуляцией тонкодисперсного материала в иллювиальных горизонтах.
По мощности гумусового профиля и содержания гумуса почвы участка являются типичными для подтипов черноземов южных.
Важнейшей особенностью солонцов и солонцеватых почв, отличающей их от черноземов южных, являются их неблагоприятные физические свойства. Как видно из таблицы 1 солонцовые почвы характеризуются более высокой плотностью сложения в верхней части профиля (1,25-1,41 и 1,20 -1,30 г/см , по сравнению с черноземом южным солонцеватым, меньшей водопроницаемостью и полевой влагоемкостью (33,5-25,3 и 33,5-20,9%), большей влажностью устойчивого завядания растений (16,6-19,6 и 16,7 и 26,7%).
Для солонцеватых маломощных почв и солонцов характерен укороченный гумусовый профиль и более низкое содержание гумуса (1,9-3,1%), по сравнению с черноземом южным среднемощным (4,1-3,9-2,9%). Солонцеватый чернозем среднемощный характеризуется слабым засолением в горизонте Вг, ВС. Чернозем солонцеватый маломощный в комплексе с солонцами глубокими, средним засолением (сумма солей 0,730 - 0,812%) с горизонта С.
Содержание обменного натрия в черноземах солонцеватых колеблется в пределах 3,6 -6,9 % в горизонтах Вь В2, что характерно для солонцеватых почв.
В солонцах глубоких содержание обменного натрия достигает 26,6 -28,6% от емкости обмена, что можно отнести к разряду - средненатриевых, а по степени засоления токсичными солями - среднезасоленным. Количество карбонатов в этих почвах в горизонте Вг - 3,6 -5,5 %.
Почвы стационара характеризуются высокой обеспеченностью обменным калием (24,8 - 29,7 мг/100 г почвы), средней - подвижным фосфором (1,5 - 2,3 мг/100 г почвы). Солонцеватые почвы и солонцы стационара соответствуют преобладающим почвам Южного Урала (А.И. Климентьев, 1997; Е.В.Блохин, 1997).
Агроэкологическая группировка малосолонцовых и солонцеватых почв стационара
Солонцы и солонцеватые почвы весьма разнообразны по агромелиоративным свойствам, и на практике невозможно применять индивидуальные приемы мелиорации для каждого отдельного вида солонцов. Поэтому их принято объединять в группы, включая в них почвы с близкими мелиоративными показателями и, соответственно, близкими требованиями в отношении мелиорации и использования.
С учетом довольно многочисленных данных исследований в различных районах степной зоны страны учеными (В.И. Кирюшин, Н.Н. Дубачинская, В.М. Кононов, А.И. Климентьев и др., 1991) разработана агромелиоративная группировка солонцовых и солонцеватых почв для степной зоны Оренбургской области, включающая 14 мелиоративных групп. Однако в этой группировке почв не учтены эрозионные земли.
На малосолонцовых землях опытного стационара после детального обследования, проведенного совместно с A.M. Прутковым, (1991), исходя из агромелиоративных свойств почв и степени эродированности, включая местообитание, выделены 4 агроэкологических групп земель: 1. Чернозем южный солонцеватый среднемощный слабозасоленный, склон до Г. 2. Чернозем южный солонцеватый среднемощный слабосмытый слабозасоленный, склон до 3 . 3. Чернозем южный солонцеватый маломощный среднесмытый, среднезасо-ленный, склон до 5 . 4. Солонец глубокий высококарбонатный солончаковатый среднезасолен-ный, склон до 5 . Показатели водно-физических и химических свойств почв этих агроэко-логических групп земель и их изменения подробно приводятся в разделе 2.2 в процессе мелиоративного периода
Севообороты, адаптированные к различным агроэкологическим группам земель, изучались в зернопарогравяном, зернопаровом и травопольном видах в период с 1993 по 2004 гг., в соответствии со схемами опытов (1-4) Опыты закладывали в 3 - кратной повторности. Метод расположения вариантов систематический. Площадь делянки 7 х 40 м - 280 м2, учетная - при уборке комбайном 72 м , на комплексах - парцеллами 20 м2. Культуры высевались с нормой высева: пшеница (озимая и яровая) - 4,0 млн. шт. всхожих семян на 1 га, суданская трава - 2,5 млн.; донник, эспарцет, люцерна, кострец - 3 млн.; покровная культура (ячмень, зерносмесь) - 3 млн. шт. всхожих семян на 1 га.
В опыте предусматривалась агротехника, принятая для солонцеватых почв степной зоны. На 1-ий 2-й группах земель вспашка под черный пар проводилась осенью поперек основного склона на глубину 27-30 см, под вторую и последующие культуры - плоскорезная обработка на 20-22 и 25-27 см, на 3-й и 4-й - безотвальное рыхление на 27-30 и 25-27 см. Весной по всем группам - закрытие влаги, культивация пара - 4 кратная и одна обработка гербицидами в зернопаровом севообороте. Перед посевом - культивация на 6-8 см. Посев испытываемых культур в севооборотах проводился рядовым способом, сеялками СН-16, СЗП -3,6, СЗС-2,1.
Мелкосемянные культуры (донник, люцерна, эспарцет, козлятник, свербига, кострец, суданская трава) высевались с прикатыванием до и после посева (ЗКК-6), пшеница - после посева. Козлятник и свербига высевались с междурядьем 75см, и в течение лета проводилась 2- кратная междурядная обработка.
Биологическая активность почвы
В соответствие со сложением, обеспечением водой, воздухом складывается биологическая активность почвы. Существует сложная зависимость почвенных организмов от факторов среды и физических свойств почв, которые во многом определяются плотностью почвы. На солонцеватых черноземах, благодаря глубокой вспашке один раз за ротацию севооборота, и ежегодного безотвального рыхления плотность в пахотном слое почвы была в пределах 1,15-1,21 г/см3 , что является вполне оптимальной для возделывания зерновых и кормовых культур. В опытах биологическая активность почвы определялась по степени разложения льняной ткани в пахотном слое почвы. Результаты исследований показали, что биологическая активность на плакорных землях в севооборотах с многолетними травами, в среднем за 4 года варьировала от17,92 до 21,52%. Наибольшие её значения были отмечены при возделывании люцерны и козлятника, что связано с клубеньковыми бактериями (прил. 8-Ю). Под однолетними культурами, в среднем за три года она была несколько ниже и составляла в посевах озимой пшеницы -13,23%, пшеницы яровой - 14,53%, суданской травы -11,26%. На среднеэрозионных и солонцовых агроландшафтах биологическая активность почвы в этом севообороте, судя по разложению льняной ткани по всем вариантам была несколько ниже, чем на плакорных землях, что связано с уплотнением пахотного слоя почвы и дефицитом влаги (табл. 12,13).
Однако на многолетних травах (эспарцет, люцерна) при смешанных посевах с донником однолетним отмечено повышение биологической активности почвы по сравнению с посевом эспарцета в чистом виде. Следует также отметить более низкую активность микроорганизмов при возделывании костреца безостого (16,56%).
Влияние недостатка влаги на разложение льняной ткани сказалось на микробиологической активности при возделывании пшеницы в зернопаро-вом севообороте на слабо эрозионных землях (прил. 12).
Особенно это заметно в острозасушливые годы (1998). Разложение льняной ткани даже под первой культурой после пара составляло 5,3%, под второй и третьей 4,2 2,5% (табл.И). В благоприятные по увлажнению годы степень разложения льняной ткани при возделывании пшеницы яровой по пару достигает 47,1%, снижаясь под третьей культурой до 35,8 %. 13, Биологическая активность почвы, 1994-1996 гг.
Биологическая активность во многом зависит от возделываемых сельскохозяйственных культур и мелиоративного процесса на солонцовых землях, о чем свидетельствуют данные, полученные в условиях Предуралья Дубачинской Н.Н.(2000). Отмечена высокая биологическая активность солонцов и солонцеватых почв, что обусловлено более высокой подвижностью и доступностью микроорганизмам органического вещества солонцов, определяющей высокую их биогенность.
Как видим, из данных полученных по зернопаровому севообороту, при возделывании пшеницы на зерно по мере удаления предшественника от парового поля биологическая активность несколько снижается, что связано с разным обеспечением микрофлоры влагой и уплотнением подпахотного горизонта. В соответствии с биологической активностью складывается и пищевой режим, особенно накопление нитратного азота.
Засоренность посевов в севооборотах
В земледелии о культурном состоянии почвы судят в основном по засоренности посевов. Сорные растения различным образом влияют на рост культурных растений и их урожаи. При низкой культуре земледелия выращиваемые растения в разной степени заглушаются сорняками, что приводит к недобору, а в некотором случае и к полной потере урожая. В посевах сорняки чаще всего встречаются в сообществах с определенными полевыми культурами, к росту и развитию которых они приспособились. К сожалению, в силу биологических особенностей культурные растения не могут конкурировать со многими сорняками. Специализируясь в определенной среде обитания, сорные растения во многих отношениях находятся в более благоприятных условиях, чем культурные растения. Возделывание адаптированных растений, которые должны выдержать несколько видов сорняков, обладающих определенными признаками различных популяций, более устойчивых к вредителям и болезням. Они также должны быть более приспособлены к определенным физическим и химическим свойствам почв, климатическим особенностям. Чтобы эффективно бороться с сорняками, нужно знать их биологию, особенно ритм развития, их поведение по отношению к культурным растениям, а также степень их вредного действия.
По размеру причиняемого ущерба Н.Вгаш (1951) подразделял сорняки, с одной стороны, на общепризнанные универсальные, например, пырей (Agropuron R.), бодяк полевой (Cirsium arvense L.), лебеда ( Chenopodium sp,), а с другой стороны, на формы, которые могут считаться не имеющими значения, как, например, живокость посевная ( D.Consolida L.), куколь (Agrostemma githago L.). Имеются и другие виды, присутствие их зависит от почвенно-климатических условий и посевов культурных растений. Сюда относятся те виды , которые ведут к выбраковке посевов, как, например овсюг (Avena fatua ) в посевах овса. Многие сорняки обладают ядовитыми свойствами, неприятным вкусом или запахом. Наличие в муке до 0,5% семян куколя, белены черной делает непригодной продукцию для человека и животных. При поедании животными полыни горькой молоко и масло приобретают горький, неприятный вкус.
Некоторые сорняки способствуют распространению болезней и вредителей культурных растений. Паслен служит передатчиком рака картофеля, пырей ползучий, свинорой заражают посевы пшеницы ржавчиной и другими заболеваниями. На листьях осота откладывает яйца озимая совка, гусеницы которой сильно повреждают всходы озимых. Сорняки (полынь и амброзия) в фазе цветения вызывают аллергические заболевания у человека. На засоренных посевах ухудшается качество продукции. Сорные растения обладают большой плодовитостью.
Семена сорняков продолжительное время могут лежать в почве, так, семена мари белой сохраняются в почве до б лет и имеют большую плодовитость, до 100 и больше семян (Petersen А, 1961). Эти семена сохраняют всхожесть, пройдя через кишечник животных и птиц.
У овсюга, например, семена созревают раньше культурных растений и трудноотделимы от культурных растений овса, семена вьюнка полевого, от семян суданской травы, гречихи, подсолнечника.
Одним из способов борьбы с сорняками является севооборот, о чем свидетельствуют данные многих авторов (Rubensam, Е., К, Raune, (1968). Науч-нообоснованный севооборот может существенно способствовать снижению засоренности и повысить конкурентоспособность культурных растений. В наших исследованиях перед закладкой опытов (1992 г.) одновременно с детальным почвенным обследованием проведено геоботаническое описание сорняков (табл. 26, 27).
Из полученных данных следует отметить, что по всем выделенным аг-роэкологическим группам земель сорняки произрастали из различных семейств и видового состава, соответственно они имели свои биологические особенности.
По всем группам в посевах была отмечена очень сильная засоренность (от 55,5 ШТ./КВ.М до 119,3шт./кв.м. На черноземах южных солонцеватых пла-корных преимущество как в количественном составе, так и по массе в воздушно-сухом состоянии на 1 кв.. было за малолетними сорняками (65 и 52,7%). Из видового состава однолетних сорняков наибольшее количество составляет марь белая (Chenopodium album L.) - 22,5шт./кв. м, многолетних - бодяк полевой (8шт./кв.м).
На солонцеватых черноземах слабосмытых (склон до 3) видовой состав сорняков несколько изменился, отмечается их увеличение на 1кв.м., по сравнению с 1 группой. Из однолетних преобладает также марь белая (Chenopodium album L.); из многолетних - молочай (Euphorbia L.) - 18,6 ШТ.КВ.М, вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), осот полевой ( Conchus аг-vensis) -1,5 шт/кв.м. Борьба с многолетними сорняками имеет свои трудности, что связано с их биологическими особенностями. Например, масса подземных органов корневищных сорняков может составлять на каждый гектар свыше 100 ц корневищ общей протяженностью в несколько тысяч километров и с сотнями миллионов побегообразующих почек (KolewJ, 1960).
Продуктивность возделываемых культур в севооборотах
Великим русским ученым Д.Н. Прянишниковым (1952) было отмечено, «Только зная потребности растения и свойства среды, мы можем отыскать приемы воздействия на среду (преимущественно почву) и на само растение, которые позволяют по возможности изменить свойства окружающей среды в соответствии с потребностями растений в целях повышения урожая. Изучением этих приемов занимается земледелие».
Учитывая большое разнообразие почв по агромелиоративным свойствам, возникла необходимость изучения адаптации культур в севооборотах применительно местообитания, с учетом орографических и других факторов.
Разработка севооборотов, адаптированных к различным агроэкологиче-ским группам земель, заключается в изучении и подборе культур, предшественников и их влияния на водно-физические, химические свойства почв и их продуктивность. Немаловажное значение имеет и изучения отношения культур к различным лимитирующим факторам.
Как показали наши исследования, освещая вопросы взаимодействия культур, возделываемых в севооборотах со средой, имея в виду химию, физику почв, метеорологические условия, обеспеченность растений светом, теплом, влагой, воздействие орографических факторов, нами получены данные, подтверждающие согласование этих факторов. Это прослеживается как на структуре урожая, так и продуктивности испытываемых культур.
Размещение одних и тех же культур на разных агроэкологических группах земель показало, что они как по биометрическим показателям, так и по продуктивности имеют существенные различия. Так, например, озимая пшеница, размещаемая на плакорных (равнинных) землях в зоне лесной полосы, продуктивных стеблей в среднем за три года имела в 1,6 раза меньше, несмотря на меньшее количество продуктивных стеблей, более изреженные всходы, чем её размещение на склоновых землях (до 3), что можно объяснить более худшими условиями перезимовки растений в отдельные годы, из-за обильного накопления снега лесной полосой (табл. 32).
Растения были ослабленными, отрастание проходило медленнее. Это повлияло на количество зерен в колосе, массу 1000 семян и биологическую продуктивность зерна на м .
Посевы же яровой пшеницы, размещаемые второй культурой после пара, судя по данным структурного анализа, первой и второй экологических групп земель были равноценными.
На этих вариантах отмечается адекватная тесная корреляционная связь между продуктивной кустистостью, количеством зерен в колосе, массой 1000 семян, в г. и полученной биологической урожайностью зерна с 1 м (табл. 33).
Однако следует заметить, что на плакорных землях при позднем весеннем снеготаянии и медленном прогревании почвы затягиваются сроки посева пшеницы яровой, что может сказаться на её продуктивности, о чем свидетельствуют данные Р.Х. Абдрашитова (2001), А.Г. Крючкова (2006) изучению сроков сева яровой пшеницы в условиях степной зоны Оренбургского Приуралья.
Некоторые биометрические показатели растений суданской травы (количество семян в метелке), возделываемой 3-й культурой после пара на пла-корных землях (при лесной полосе) несколько выше, чем на солонцеватых склоновых землях (до 3), при одинаковом количестве продуктивных стеб-лей. В результате масса семян суданской травы на 1 м первой группы в 1,2 раза превышает вариант посева второй группы.
