Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Роль севооборота, удобрений и обработки в создании благоприятных условий выращивания культур (обзор литературы) 8
1.1. Влияние севооборотов на плодородие почвы и продуктивность культур 8
1.2. Влияние удобрений на плодородие почвы, урожай культур и качество продукции 11
1.3. Влияние способов основной обработки почвы на плодородие почвы, урожай и качество продукции 19
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 32
2.1. Схема опыта и методика его проведения 32
2.2. Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований 35
Глава 3. Плотность почвы в зависимости от приемов технологии 41
Глава 4. Влияние технологии возделывания сахарной свеклы на биологическую активность почвы 48
Глава 5. Содержание основных элементов питания в почве в зависимости от технологии возделывания культур 53
5.1. Нитратный азот 53
5.2. Подвижный фосфор 60
5.3. Обменный калий 65
Глава 6. Накопление корневой массы культур в зависимости от технологии возделывания 71
Глава 7. Вынос элементов питания урожаем и возврат их в почву с корневыми остатками 77
Глава 8. Влияние севооборота, удобрений и обработки почвы на урожайность культур и качество продукции 86
8.1. Урожайность ярового ячменя, озимой пшеницы и сахарной свеклы 87
8.2. Структура урожая культур 90
8.3. Качество продукции 97
Глава 9. Экономическая и биоэнергетическая оценки элементов технологии возделывания культур 103
Выводы 112
Предложения производству 116
Список использованной литературы
- Влияние удобрений на плодородие почвы, урожай культур и качество продукции
- Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований
- Подвижный фосфор
- Структура урожая культур
Введение к работе
Основной проблемой сельскохозяйственного производства на современном этапе является увеличение производства продукции растениеводства и животноводства. Россия должна вернуть себе право быть экспортером разнообразной продукции, т. к при существующих темпах ее производства она теряет свою продовольственную, а далее и национальную безопасность. В связи с этим важное практическое и научное значение приобретает комплексное изучение условий, обеспечивающих высокую продуктивность выращиваемых культур. Экономическая ситуация в аграрном секторе народного хозяйства страны побуждает землепользователей всех форм собственности вне зависимости от их ведомственной подчиненности вести поиск рациональных путей организации и осуществления сельскохозяйственного производства. Настало время перевода растениеводства на ресурсо- и энергосберегающие технологии, обеспечивающие максимальную экономию всех расходуемых ресурсов без снижения продуктивности возделываемых культур и вовлечение в технологический процесс возобновляемых природных источников поступления энергетических ресурсов.
В Центрально-Черноземной зоне накоплен определенный опыт по совершенствованию элементов технологий возделывания культур. Наиболее пристальное внимание в научных исследованиях уделяется изучению влияния отдельных приемов, составляющих систему земледелия. К ним относятся система чередования культур, приемы основной обработки почвы, система удобрения и др. Возникает необходимость изучения влияния ряда приемов в определенных условиях среды на урожайность и качество культур.
Ведение сельскохозяйственного производства на современном этапе диктует необходимость совершенствования севооборотов, приемов обработки почвы и поиска альтернативных источников питания растений. Требуется изучение возможности использования растениями питательных веществ из пожнивно-корневых остатков предшествующих культур.
Не менее острая проблема, стоящая перед земледельцами, заключается в прогрессирующем диспаритете цен на промышленную и сельскохозяйственную продукцию. В этой ситуации необходима разработка научно-обоснованной системы удобрения и защиты растений, в основе которых должен лежать принцип адаптивности и экологической безопасности.
Учеными ЦЧЗ подобные проблемы ставились на изучение, однако полученные позитивные данные о влиянии основной обработки почвы и оптимизации системы удобрения на плодородие почв и продуктивность культур севооборотов не имели достаточно детального подтверждения с точки зрения особенностей складывающегося питательного режима почв, изменения их микробиологической активности и качества получаемой сельскохозяйственной продукции.
Актуальность проблемы. ЦЧР является одним из основных производителей зерна и сахара. Однако валовые сборы и урожайность культур ежегодно подвергаются резким колебаниям. Главными причинами этого являются неблагоприятные погодные условия, нарушение технологий возделывания, снижение количества вносимых удобрений. В настоящей диссертационной работе была установлена эффективность систематического применения под основные культуры основной обработки почвы, дифференцированного применения органических и минеральных удобрений с точки зрения продуктивности культур, агрофизических и биологических свойств, питательного режима почв, экономической и энергетической оценки предложенных агротехнологий.
Целью наших исследований являлось изучение влияния вида севооборота, способов основной обработки почвы и удобрений на урожай озимой пшеницы, ярового ячменя и сахарной свеклы, их качественную характеристику, а также на плодородие почвы, экономические и энергетические показатели.
Для успешного решения поставленной цели исследования были поставлены следующие задачи:
- определить величины изменения плотности почвы под влиянием
различных технологий возделывания сельскохозяйственных культур;
- исследовать влияние видов севооборотов, способов основной
обработки почвы и уровня удобренности на показатели общей биологической
активности чернозема типичного;
- установить зависимость изменения содержания в почве под посевами
озимой пшеницы, сахарной свеклы и ярового ячменя нитратного азота,
подвижного фосфора и обменного калия от изучаемых в опыте
агротехнологий;
- выявить величины накопления пожнивно-корневых остатков
изучаемых культур и определить их вклад в пополнение запасов биофильных
элементов в пахотном слое почвы;
изучить влияние видов севооборотов, способов основной обработки почвы и уровня удобренности на урожайность и качество культур звена севооборотов;
дать биоэнергетическую и экономическую оценку предлагаемым агротехнологиям возделывания озимой пшеницы, ярового ячменя и сахарной свеклы в юго-западной части ЦЧЗ.
Научная новизна. В условиях юго-западной части ЦЧЗ изучено комплексное влияние удобрений и основной обработки почвы в различных севооборотах на формирование урожайности и качества ярового ячменя, озимой пшеницы и сахарной свеклы. Показано влияние каждого фактора (севооборота, удобрений и обработки почвы) на создание благоприятных условий выращивания культур. Установлено влияние изучаемых приемов агротехники на накопление в почве растительных остатков возделываемых культур. Сделана экономическая и энергетическая оценка технологий.
Практическая значимость. На основании результатов исследований предложены элементы технологии возделывания сельскохозяйственных
7 культур, основанных на использовании приемов, обеспечивающих получение конкурентоспособной продукции, и создания условий для сохранения почвенного плодородия, что в конечном итоге будет способствовать росту эффективности сельскохозяйственного производства.
Реализация работы. Результаты исследований могут быть использованы сельскохозяйственными товаропроизводителями при выборе предложенных технологий в юго-западной части ЦЧЗ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались автором и получили одобрение на международных научно-производственных конференциях (Белгород, 2004, 2005), на заседаниях кафедры общеагрономических дисциплин (2002, 2003, 2004), ученого совета агрономического факультета БелГСХА (2003, 2004, 2005). По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Определение оптимального сочетания видов севооборотов, способов
основной обработки почвы и удобрений для сохранения почвенного
плодородия, получения высоких урожаев ячменя (3,98 т/га), озимой пшеницы
(5,37 т/га) и сахарной свеклы (45,1 т/га) и качественной продукции;
- Экономическое и энергетическое обоснование эффективности
приемов сохранения плодородия почв и повышения продуктивности культур.
Влияние удобрений на плодородие почвы, урожай культур и качество продукции
Известно, что систематическое применение удобрений может вызвать значительные изменения в количественном и качественном составе органического вещества почв, в содержании отдельных элементов минерального питания растений, в формах их соединений и показателях физико-химических свойств почв.
Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве - одно из решающих условий повышения урожайности всех сельскохозяйственных культур. Рациональное использование удобрений должно компенсировать недостаток питательных для растений элементов в тех случаях, когда отсутствует возможность создать соответствующий уровень плодородия агротехническим и биологическим путем. Следует стремиться удобрять почву, у которой в максимальной степени использованы биологические факторы для поднятия урожайности, С должным вниманием необходимо относиться к исследованиям микробиологов, направленных на изучение превращений в почве питательных веществ.
Удобрение — крупный резерв увеличения урожайности и улучшения качества зерна ячменя и озимой пшеницы. Эти культуры высокотребовательны и весьма отзывчивы на удобрения. В среднем на создание 1 ц зерна с соответствующим количеством соломы озимая пшеница сильных сортов интенсивного типа расходует азота около 4 кг, фосфора- 1,3, калия - 2,3 кг. На 1 ц зерна с соответствующим количеством соломы ячмень расходует до 3 кг азота, 1,2 кг фосфора, 2,4 кг калия. Расчетные дозы удобрений необходимо дифференцировать с учетом результатов почвенной и растительной диагностик, предшественников, внесения навоза, особенностей сорта и возможностей хозяйства.
Под влиянием минеральных удобрений в пахотном слое почвы увеличивается содержание подвижных форм азота, фосфора и калия, что обеспечивает возможность увеличить естественную продуктивность почв и поднять урожайность культур (Щербаков и др., 1983, 1990).
А по мнению Радченко с соавторами (2003), минеральные удобрения увеличивают содержание в почве подвижного фосфора, нитратного азота и обменного калия лишь в начале вегетации культур. В дальнейшем содержание вышеперечисленных элементов питания находится на уровне показаний естественного агрохимического фона. На процессы нитрификации в почве оказывают влияние азотные удобрения, особенно в высоких дозах. Вместе с тем Кореньков (1985) указывает, что на почвах со слабой нитрификационной способностью, несмотря на увеличение вдвое дозы аммиачного азота, общее количество накопившихся нитратов остается практически одинаковым. А в опытах Кучир, Носко и других (1985), Макарова (1990), Куракова (1992, 2001) наблюдалось значительное увеличение нитратного азота в почве.
При недостаточном количестве в почве подвижных форм фосфора и калия наблюдается низкая эффективность азотных удобрений, которая обусловлена нарушением соотношения элементов минерального питания. В ряде опытов (Минеев, 1988; Акулов и другие, 1995) выявлено, что эффективность азотных удобрений лимитировалась недостатком в почве фосфора. Исследованиями в Географической сети полевых опытов с удобрениями ВИУА разработаны приемы эффективного использования азотных удобрений (Минеев, 1980).
Известно, что фосфор в почвах находится в минеральных и органических соединениях. Общее содержание фосфора в пахотном слое черноземных почв составляет 0,2 - 0,3 % (Кореньков, 1985). При использовании фосфорных удобрений повышается содержание подвижных фосфатов, степень их подвижности и доступности для растений (Макаров, 1990). Работами Куракова (1992), Сдобниковой и других (1987), Макарова (1990) и других изучена эффективность фосфорных удобрений на черноземных почвах.
Почвы Белгородской области обладают значительными запасами калия. Средневзвешенное содержание обменного калия в почвах области, является оптимальным и составляет 128 мг/кг (Лукин и др., 1999). Исследованиями Куракова (1992) выяснено, что в связи с переходом внесенного калия в необменную форму, содержание его в почве под влиянием удобрений увеличивается незначительно.
Агроклиматическая характеристика зоны и метеорологические условия в годы проведения исследований
Учеты и наблюдения проводились на черноземных почвах в юго-западной части Центрально-Черноземной зоны Российской Федерации на территории Белгородской области. По почвенно-географическому районированию бывшего СССР территория ЦЧЗ, как и Белгородская область относится к зоне Лесостепи, подзоне типичных и выщелоченных черноземов. Эти подтипы черноземов занимают 76,1 % пашни ЦЧЗ (Ахтырцев, Соловиченко, 1984).
Исходя из характера почвенного покрова и климатических особенностей, Центрально-Черноземную зону подразделяют на 12 природных почвенно-климатических районов. По их классификации Белгородская область, входящая в Белгородско-Костринский район, на большей части территории представлена типичными мощными, среднемощными и выщелоченными черноземами. Преобладающие почвы данного природного района имеют высокое естественное плодородие. По запасу питательных веществ они стоят в ряду лучших почв черноземной зоны. Механический состав их преимущественно легкоглинистый или тяжелосуглинистый, изредка среднесуглинистый. Наиболее распространенные почвообразующие породы - карбонатные лессовидные глины и суглинки, мел и мергель.
Климат зоны в целом характеризуется умеренной континентальностью, увеличивающейся с северо-запада на юго-восток и в целом благоприятен для возделывания основных сельскохозяйственных культур.
По среднемноголетним данным метеостанции Белгород вегетационный период продолжается 187 - 197 дней. Переход температуры воздуха через О С происходит в третьей декаде марта и второй декаде ноября, через 10 - в конце апреля и сентября, а через 5 в первых числах апреля и в конце октября. Число дней с температурой выше 0 С в среднем за много лет составляет 231, выше 5 — 190, выше 10 - 154 дня. Среднегодовая температура воздуха составляет +6,4, самый жаркий месяц - июль, самый холодный январь. Максимальная температура воздуха достигает + 40, минимальная - 37.
Среднегодовое количество осадков составляет 450 - 540 мм, а за период активной вегетации 320 мм. Две трети осадков в году выпадают в виде дождя, одна треть - в виде снега. Число дней с атмосферной засухой и суховейными явлениями составляет в апреле 1,7; в мае 9,8; в июне - 13,1; июле - 10,0 и в августе - 9,4. Сумма эффективных температур выше 10 достигает 2507. Гидротермический коэффициент в среднем за период вегетации (апрель-сентябрь) равен 1,0-1,1.
Господствующее направление ветров; зимой - восточное, летом -западное. Число дней с сильным ветром (более 15 м/сек) за вегетационный период составляет 13,9. Средняя скорость ветра в теплый период года достигает 2,5 - 4,5 м/сек.
Устойчивый снежный покров в Центральных районах Белгородской области образуется во второй декаде декабря, а разрушается в середине марта. Высота снежного покрова колеблется в широких пределах, обычно составляя по области 12-19 см (Григорьев, 1996).
Одной из особенностей погодных условий 2002 года было раннее начало весеннего сезона. Уже февраль с температурой + 1С соответствовал характеристикам весеннего месяца (табл. 1).
В целом, весенний период 2002 года характеризовался по сравнению с многолетними данными повышенным температурным режимом и недобором количества осадков (69 - 132 % от нормы).
Раннее наступление весны в 2002 году позволило начать полевые работы во второй декаде марта. В мае 2002 года уже первая декада имела температуру - 15,0 С, что соответствует летним характеристикам. В июне температура воздуха была на 0,4 С выше среднемноголетних показателей, а количество осадков было выше уровня средних многолетних данных.
Повышенный температурный режим 2002 года привел к ускоренному развитию ячменя, пшеницы и свеклы, и прохождение фаз наблюдалось на 7-10 дней раньше, чем обычно. 2003 год характеризовался поздней весной и пониженным температурным режимом в первой половине лета. Количество осадков было близким к средним многолетним, но выпадали они неравномерно. Июль 2003 года отличался обилием осадков, а в период с апреля по июнь был отмечен значительный их дефицит.
Подвижный фосфор
Пополнение запасов фосфора в почве осуществляется только за счет внесения удобрений. При использовании фосфорных удобрений повышается содержание подвижных фосфатов в почве, увеличивается степень их подвижности и доступности для растений (Щербаков, Рудай, 1983).
Нормальное фосфатное питание ускоряет развитие сельскохозяйственных культур, повышает их холодостойкость и засухоустойчивость, способствует более сильному образованию зерна у хлебов и улучшает качество урожая.
Анализ полученных нами данных показывает, что на варианте возделывания ячменя без применения удобрений после уборки культуры максимальное содержание подвижного фосфора в слое почвы 0-30 см было в плодосменном севообороте по вспашке и составляло 66,3 мг/кг. При этом наибольшая концентрация данного элемента была в слое почвы 0-10 см по всем испытуемым вариантам. При мелкой обработке количество фосфора снизилось на 10,0 мг/кг. В зернопропашном севообороте наблюдалась тенденция увеличения содержания этого элемента по вспашке (рис. 7,8).
При внесении минеральных удобрений содержание фосфора в слое 0 -30 см увеличивалось в среднем на 48,5 мг/кг в плодосменном и 36,4 мг/кг в зернопропашном севообороте по сравнению с контролем. Максимальное количество фосфора отмечено при совместном внесении органических и минеральных удобрений. Здесь, содержание его увеличивалось в 1,8-2,1 раза.
В целом по опыту, в слое 0 - 30 см содержание фосфора в посевах ячменя было выше в плодосменном севообороте и увеличивалось при внесении минеральных удобрений. Среди способов основной обработки почвы в плодосменном севообороте более высокие показатели были по вспашке, а в зернопропашном севообороте наблюдалась такая же тенденция.
На озимой пшенице, так же как и на ячмене сложился благоприятный фосфатный режим почвы.
На вариантах без удобрений содержание подвижного фосфора в пахотном слое почвы находилось на уровне 69,3 - 73,3 мг/кг в плодосменном севообороте и чуть меньше в зернопропашном. Приемы обработки почвы на данный показатель не влияли (рис.9,10).
Внесение минеральных удобрений увеличило концентрацию Р2О5 по сравнению с контролем по вспашке на 102 мг/кг, по мелкой обработке - на 85,7 мг/кг в плодосменном севообороте и в среднем на 72,2 мг/кг в зернопропашном. По вспашке наблюдается более равномерное распределение фосфора по слоям пахотного горизонта.
При органо-минеральной системе удобрения обеспеченность почвы подвижным фосфором на посевах озимой пшеницы увеличивается в 2,3 - 2,4 раза в двух изучаемых севооборотах.
В целом по опыту, в слое 0-30 см в посевах озимой пшеницы наблюдались те же закономерности, что и в посевах ячменя. То есть, содержание фосфора было выше в плодосменном севообороте и увеличивалось при внесении удобрений, кроме варианта с органо-минеральной системой удобрения в плодосменном севообороте по вспашке. Среди способов основной обработки почвы в плодосменном севообороте более высокие показатели были по вспашке, а в зернопропашном севообороте наблюдалась такая же тенденция.
В почве под сахарной свеклой на контрольном варианте содержание подвижного фосфора в плодосменном севообороте составило в среднем 83,2 мг/кг, в зернопропашном - 67,0 мг/кг (рис. 11,12).
Внесение под свеклу минеральных удобрений способствовало увеличению содержания фосфора в плодосменном севообороте в среднем на 76,3 мг/кг при разных способах обработки почвы. В зернопропашном севообороте оно возросло в среднем на 62,0 мг/кг. Совместное внесение органических и минеральных удобрений повысило содержание данного элемента в сравнении с контролем на 83,6 - 103,0 мг/кг в плодосменном севообороте и в среднем на 68,3 мг/кг в зернопропашном. При этом по вспашке показатели были выше.
В целом по опыту на вспашке фосфор распределяется практически равномерно по профилю пахотного горизонта, а на мелкой обработке большинство фосфатов концентрируется в верхнем слое почвы. В слое 0-30 см содержание фосфора в посевах сахарной свеклы было выше в плодосменном севообороте и увеличивалось при внесении минеральных удобрений. Среди испытуемых способов обработки почвы, более эффективной оказалась вспашка.
Структура урожая культур
Структура урожая - это показатели компонентов, от которых зависит величина урожая. Например, при анализе структуры урожая зерновых культур мы учитывали высоту растений, длину колоса, количество зерен в колосе, продуктивную кустистость, массу 1000 зерен.
Существуют различные взгляды о влиянии способов обработок почвы и удобрений на изменение структуры урожая.
По данным Зеленской, Веренич (2000), Куземы, Самойлова (2001), Филиппова, Хронюк (2002), Джангабаева (2003), Кузнецова (2003), Мацнева (2003) при применении удобрений прибавка урожая зерновых обеспечивалась за счет увеличения общей и продуктивной кустистости, длины колоса, числа зерен в нем, массы тысячи зерен, массы зерна с колоса и растения. В опытах Жабина (2002) на удобренном фоне масса тысячи зерен снижалась, а урожайность увеличивалась за счет увеличения продуктивной кустистости, длины колоса и количества зерен в нем.
В тоже время Асыка и Смуров (1993) утверждают, что увеличение нормы минерального питания ранних яровых культур не давало закономерного улучшения показателей структуры урожая по всем изучаемым вариантам обработки, а порой вело к их снижению.
Азотные удобрения, обеспечивая повышение общей урожайности, не способствуют образованию высококачественного зерна. Повышение кущения при этом ведет к усилению разнокачественности зерна, к снижению массы 1000 зерен и силы начального роста, снижается устойчивость к поражению зерна болезнями (Федотов, Коломейченко и др., 1998).
В опытах Бел ГСХА, лучшая продуктивная кустистость ячменя и овса была по бесплужным обработкам в сравнении со вспашкой. Средняя высота растений ячменя была больше на 2-6 см относительно контроля при безотвальных способах основной обработки. В то же время обработки почвы практически не влияли на длину колоса, число зерен и массу зерен в нем, на массу 1000 семян и натуру зерна (Асыка, Смуров, 1993).
Анализируя данные структуры урожая ячменя в среднем за 2002-2004 гг. можно отметить, что продуктивная кустистость была на 0,4 — 0,6 выше в плодосменном севообороте по сравнению с зернопропашным (табл. 18). Это связано с уменьшением нормы высева при подсеве трав. Причем при применении минеральных удобрений этот показатель увеличивался в обоих севооборотах. В зернопропашном севообороте на контроле и в двух севооборотах на органо-минеральной системе удобрения кустистость ячменя была выше на вспашке.
Высота растений зависит от удобрений. При внесении минеральных удобрений данный показатель увеличивается на 9,2 - 12 см по сравнению с контролем в двух изучаемых севооборотах. Максимальная высота растений наблюдалась на органо-минеральной системе удобрения.
В плодосменном севообороте на вариантах без внесения удобрений и при совместном внесении органических и минеральных удобрений более эффективной оказалась вспашка, в зернопропашном севообороте данный способ обработки почвы способствовал увеличению высоты растения на варианте с внесением минеральных удобрений. Севообороты не влияли на высоту растений, за исключением неудобренных вариантов по вспашке, где отмечалось преимущество плодосменного севооборота.
Длина колоса и количество зерен в нем изменялись в зависимости от удобрений. Так, при совместном внесении органических и минеральных удобрений длина колоса увеличилась в среднем на 0,8 см в плодосменном севообороте и 1,1 см в зернопропашном по сравнению с контролем. Количество зерен в среднем - на 2,5 шт. в двух изучаемых севооборотах. При этом приемы обработки почвы не влияли на изменение длины колоса. Исключение составляют неудобренные варианты в обоих севооборотах и органо-минеральная система удобрения в плодосменном севообороте, где на вспашке показатели были выше, чем на мелкой обработке. Следует отметить, что в плодосменном севообороте длина колоса была выше, по сравнению с мелкой обработкой.
Количество зерен также не зависело от обработок, кроме плодосменного севооборота, где на варианте без удобрений и на органо-минеральной системе удобрения количество зерен было выше на вспашке. Севообороты на изменение данного показателя не влияли.
Масса 1000 зерен варьировала в пределах 48,0 г в плодосменном севообороте и 47,1 г в зернопропашном. Севообороты и способы обработки почвы на массу 1000 зерен не влияли.
