Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Место севооборота и обработки почвы в современных системах земледелия 11
1.1. Понятие и научное развитие систем земледелия 11
1.2. Развитие учения о севообороте 25
1.3. Достижения и проблемы аграрной науки в изучении системы основной обработки почвы 82
Глава II. Методы и методика проведения исследований 103
2.1. Краткая характеристика почвенно-климатических условий 103
2.2. Объекты и методы исследований 113
2.3. Метеорологические условия в годы проведения опытов 119
2.4. Почвы опытного участка стационара севооборотов 125
2.5. Технология возделывания культур в опыте 130
Глава III. Влияние севооборотов на плодородие почвы и продуктивность пашни 132
3.1. Влияние различных видов полевых севооборотов на плодородие почвы 13 2
3.1.1. Динамика содержания корневых и пожнивных остатков в паровых полях различных севооборотов 132
3.1.2. Влияние севооборотов на содержание гумуса и основных элементов питания растений в почве 13 6
3.1.3. Структура почвы 144
3.1.4. Динамика запасов влаги в паровых звеньях полевых севооборотов 153
3.2. Засорённость посевов яровой пшеницы 175
3.3. Структура биологического урожая яровой пшеницы в паровых звеньях севооборотов 184
3.4. Урожайность яровой пшеницы в зависимости от места в паровом звене севооборота 199
3.5. Качество зерна яровой пшеницы 206
3.6. Агроэкономическая оценка продуктивности севооборотов 218
3.7. Энергетическая оценка севооборотов 224
3.8. Значение высокоэффективных и технологически ценных культур в повышении продуктивности пашни 233
Глава IV. Основные направления оптимизации системы основной обработки почвы в севообороте 248
4.1. Влияние способов обработки на водно-физические свойства почвы 248
4.2. Состояние агрофитоценоза в зависимости от способов и сроков основной обработки почвы 253
4.3. Влияние сроков и способов зяблевой обработки почвы на урожайность и энергетическую эффективность яровой
пшеницы 261
Выводы 267
Предложения производству 272
Литература
- Развитие учения о севообороте
- Метеорологические условия в годы проведения опытов
- Влияние севооборотов на содержание гумуса и основных элементов питания растений в почве
- Состояние агрофитоценоза в зависимости от способов и сроков основной обработки почвы
Введение к работе
Актуальность проблемы. Устойчивый рост производства растениеводческой продукции с максимальным использованием почвенно-климатического потенциала, сохранение и повышение плодородия почвы, экономическая эффективность земледелия являются основными направлениями в решении задач, стоящих перед сельским хозяйством Сибирского региона.
Западная Сибирь обладает огромными природными ресурсами, исключительно большим разнообразием почв, лесных ассоциаций, водных источников и климатических условий, однако производство продукции растениеводства ведется в жестких условиях дефицита влаги для растений. Поэтому рациональное использование атмосферных осадков является важным резервом повышения продуктивности пашни.
По-прежнему, одной из острых проблем земледелия продолжает оставаться прогрессирующая деградация почвенного покрова. В Алтайском крае 6127,5 тыс. га пахотных земель предрасположены к проявлению на них ветровой и водной эрозии, что составляет 88,5% всей пашни (Яшутин, 2008). В то же время за последние годы резко снижены масштабы воспроизводства плодородия почв. В пахотных почвах Алтайского края отмечается отрицательный баланс гумуса. Применение минеральных удобрений по сравнению с 1986-90 годами сократилось в 12 раз (Сарыкин и др., 2009). Восстановление плодородия почвы в современных условиях идет не за счет интенсивных факторов, а в большей части за счет природных ресурсов. В этих условиях интенсивное использование потенциального плодородия почв может привести к необратимому развитию негативных процессов – ухудшению физических свойств почв и фитосанитарного состояния полей, снижению продуктивности и устойчивости земледелия в ближайшие годы.
В условиях перехода к новым экономическим отношениям, резкого роста цен на энергоресурсы и средства химизации, широкого распространения севооборотов с «коммерческими» культурами актуально дальнейшее совершенствование и оптимизация основных звеньев систем земледелия, обеспечивающих потребности полевых растений в необходимых факторах жизни.
Освоение научно обоснованных севооборотов и обработки почвы, как основополагающих звеньев систем земледелия, предусматривает снижение потерь плодородия и повышение продуктивности пахотных земель.
Разработка и освоение адаптированных к новым экономическим условиям современных систем земледелия является важной научной проблемой, решение которой ведет к экономии энергетических, трудовых и материальных ресурсов, сохранению почвенного плодородия с повышением продуктивности пашни и качества производимой продукции, что и определяет актуальность принятого направления исследований.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась разработка научных и агротехнических основ совершенствования основных звеньев систем земледелия - севооборотов и обработки почвы - на черноземных почвах юга Западной Сибири, обеспечивающих снижение трудовых, энергетических и материально-денежных затрат, сохранение плодородия почвы и увеличением продуктивности пашни.
Поставленная цель предопределяла необходимость решения следующих задач:
- дать сравнительную оценку различных видов полевых севооборотов и выявить их влияние на изменение параметров биологических, водно-физических и агрохимических показателей плодородия черноземов выщелоченных;
- установить влияние продолжительности чередования культур и паровых полей в разных видах полевых севооборотов на урожайность зерновых культур, на агроэкономическую и биоэнергетическую эффективность;
- выявить наиболее эффективные приемы основной обработки почвы для снижения засоренности посевов сельскохозяйственных культур злостными видами сорняков;
- определить возможности минимизации основной обработки почвы применительно к культурам и предшественникам;
- разработать принципы и определить направления совершенствования основных звеньев системы земледелия, обеспечивающих наиболее эффективное использование пахотных земель, сохранение плодородия почвы и рациональное использование природных и материальных ресурсов.
Научная новизна результатов исследований. В результате многолетних исследований разработаны теоретические и практические основы совершенствования основополагающих звеньев систем земледелия – севооборотов и обработки почвы - в направлении энергоресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур.
Впервые в агроландшафтах юга Западной Сибири на основе сравнительного изучения оценено влияние организационно-технологического комплекса (севооборотов, обработки почвы, защиты растений и т.д.) на показатели эффективного использования климатических ресурсов и плодородия почвы, продуктивности пашни, экономической и энергетической целесообразности.
Реализованы принципы разработки систем полевых севооборотов и основной обработки почвы применительно к сибирским природным условиям на основе результатов их изучения, взаимообусловленности, повышении экологической безопасности. Новым в диссертационной работе является теоретическое положение о комплексном подходе к формированию агрофитоценозов в севообороте и в системе основной обработки почвы, предложен новый метод оценки продуктивности использования атмосферных осадков в процессе производства растениеводческой продукции и их энергетической эффективности при различном чередовании полевых культур и паровых полей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Закономерности изменения параметров плодородия черноземов под влиянием длительного чередования культур в различных видах полевых севооборотов и применения минеральных удобрений;
2. Эффективность использования природных ресурсов при проектировании системы севооборотов;
3. Целесообразность освоения плодосменных севооборотов в современных системах земледелия юга Западной Сибири;
4. Оптимизация системы основной обработки почвы в полевых севооборотах, обеспечивающей снижение засоренности посевов наиболее злостными сорняками;
5. Комплексный экономико-энергетический подход к оценке эффективности севооборотов и систем основной обработки почвы применительно к природным условиям и уровням интенсификации.
Практическая значимость работы .
Результаты выполненной работы вскрывают механизмы взаимодействия природных и антропогенных ресурсов, служат теоретической основой при разработке систем земледелия на основе ресурсосбережения и экологической безопасности. Установлены особенности взаимосвязей параметров структуры посевных площадей, севооборотов и системы основной обработки почвы, обеспечивающих эффективное использование природных и трудовых ресурсов, выявлены направления по дальнейшему совершенствованию систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур на основе биологизации земледелия.
Определена необходимость соблюдения принципов плодосменности и совместимости культур в севообороте; зависимость сроков, приемов и способов основной обработки почвы от чередования видов культур; целесообразность и методика учета продуктивности осадков в условиях неустойчивого увлажнения с учетом биологизации и нтенсификации производства сельскохозяйственной продукции.
Результаты многолетних опытов прошли производственную проверку и нашли широкое применение в СПК «Колхоз Прогресс» Петропавловского района, СПК «Колхоз им. Громова» Каменского района, СПК «Сибирь» Чарышского района, ЗАО «Белокурихинское» и ООО «Агро-Сибирь» Смоленского района, СПК «Колхоз им. Шумакова» Змеиногорского района и других хозяйствах Алтайского края, активно вовлекаются в учебный процесс в Алтайском государственном аграрном университете при подготовке специалистов и аспирантов по дисциплине «Земледелие», на курсах повышения квалификации специалистов АПК.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на научных и научно-производственных конференциях, совещаниях, семинарах: международных (Барнаул, 2003, 2005, 2006, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012; Горно-Алтайск, 2007), региональных (Барнаул, 1981; Бийск, 2001, 2002; Кемерово, 2002; Омск, 2005; Улан-Удэ, 2006; Красноярск, 2006), совещаниях-семинарах профессорско-преподавательского состава и заведующих кафедр земледелия и растениеводства аграрных вузов Сибирского федерального округа (Новосибирск, 2002; Омск, 2004; Красноярск, 2008), на курсах повышения квалификации преподавателей сельскохозяйственных вузов СССР (Ленинград, 1980; Краснодар, 1984), а также на краевых научно-практических конференциях и совещаниях специалистов и руководителей хозяйств (Барнаул, 1981, 1983), районных – в системе агроучебы, изложены в научных отчетах по госбюджетной тематике НИР АГАУ за 1975-2009 гг.
Личный вклад автора. Представляемая работа выполнена в соответствии с научно-техническими программами и заданиями в рамках выполнения тематического плана НИР Алтайского ГАУ в 1975-2012 гг.
Разработка программ и методик полевых опытов, непосредственное участие в их проведении, в качестве исполнителя, ответственного исполнителя и руководителя, обработка результатов опытов, лабораторных анализов, руководство аспирантами и соискателями, 3 из которых защитили кандидатские диссертации.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в научных журналах «Вестник Алтайского государственного аграрного университета», «Сибирский вестник сельскохозяйственной науки», «Вестник КрасГАУ», «Вестник НГАУ», в материалах научно-практических конференций международного и регионального уровней, научных трудах Алтайского государственного аграрного университета и других изданиях в количестве 55 научных работ объемом 36,0 п.л., в т.ч. 11 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Результаты исследований и теоретических обобщений нашли отображение в научно-методических и учебных пособиях в соавторстве: «Земледелие на Алтае» (2001), «Системы земледелия» (2003), «Земледелие в Сибири» (2004), «Системы земледелия (на примере сибирских регионов)» (2005), допущенных учебно-методическим объединением вузов по агрономическому образованию и Министерством сельского хозяйства РФ в качестве учебного пособия для студентов сельскохозяйственных учебных заведений по специальности 310200 – Агрономия, «Проектирование систем земледелия» (2005), «Практикум по курсу «Системы земледелия» (на примере сибирских регионов)» (2008), монографиях «Биоземледелие. Научные основы, инновационные технологии и машины» (2008) и «Научные основы современной агрономии» (2012). Доля автора в общем объеме составляет 41,2% или 98,7 п. л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 320 страницах компьютерного набора, содержит 61 таблицу, 11 рисунков. Список литературы включает 524 источника, из них 28 иностранных авторов.
За оказанную помощь при обсуждении методики, результатов исследований и подготовке рукописи диссертации автор выражает признательность Почетному работнику высшего профессионального образования РФ, доктору биологических наук, профессору Мазирову Михаилу Арнольдовичу. За помощь и ценные советы по оформлению работы автор благодарит доктора сельскохозяйственных наук, профессора, Заслуженного деятеля науки РФ Баздырева Геннадия Ивановича, доктора сельскохозяйственных наук, профессора Морковкина Геннадия Геннадьевича, а за сотрудничество в проведении исследований - сотрудников кафедры почвоведения и агрохимии, лаборатории качества зерна Алтайского НИИСХ, а также главных агрономов и механизаторов хозяйств, оказавшим содействие в проведении опытнической работы, студентов агрономического факультета Алтайского ГАУ, принимавшим непосредственное участие в экспериментах.
Развитие учения о севообороте
Понятие «Система земледелия» широко вводится в научный оборот после выхода в свет классической работы А.В. Советова «О системах земледелия» (Советов, 1950). Первое научное определение этого термина означает как «разные формы, в которых отражается тот или иной способ землевозделывания». Рассматривая эволюцию отечественного и зарубежного земледелия он сделал выводы о том, что системы земледелия развиваются и совершенствуются в соответствии с экономическим и социальным развитием общества. При этом большое внимание ученый уделял учету местных условий, сохранению и воспроизводству «производительной силы земли». А.С. Ермолов (1909, 1914) под системой земледелия понимал способ использования земельной территории для производства определенных растительных продуктов.
Естественно-научные основы земледелия во второй половине XIX и в начале XX вв. получили мощное развитие в трудах выдающихся ученых-естествоиспытателей: Ю. Либиха, Ж.Б. Буссенго, Г. Гельригеля, Э. Вольни, А. Тэера, В.В. Докучаева, П.А. Костычева, Н.М. Сибирцева, В.Р. Вильямса, К.А. Тимирязева, Д.И. Менделеева, Д.Н. Прянишникова, А.Н. Энгельгардта, Э.А. Митчерлиха, К.К. Гедройца, А.Г. Дояренко, Н.М. Тулайкова и многих других. Д.Н. Прянишников (1962) под системой земледелия понимал способ использования земли теми или иными культурами. Для разных почвенно-климатических зон он рекомендовал плодосменные или паропропашные севообороты, однако лучшими считал первые с ежегодным чередованием зерновых, пропашных культур и бобовых трав.
Основной путь интенсификации и подъема продуктивности отечественного земледелия Д.Н. Прянишников видел в химизации.
Коллективизация сельского хозяйства позволила перейти от зернопаровой к многопольной системе земледелия, так как молодой Советской власти в трудный период голода и разрухи необходимо было поднять сельское хозяйство без существенных затрат. В.Р. Вильямсу (1949) принадлежит определение системы земледелия как комплекса агротехнических мероприятий, направленного на восстановление, поддержание и повышение плодородия почвы. Такой единственно правильной системой он считал предложенную им для всех зон страны травопольную систему земледелия. Травосеяние и травопольные севообороты в любых условиях рассматривались как главное, наиболее надежное средство восстановления и поддержания почвенного плодородия. Возделывание же однолетних растений в любых условиях вело, по мнению автора, к неизбежному ухудшению структуры и снижению плодородия почвы.
Панацеей от всех бед утверждалась мелкокомковатая структура почвы. Возможности же создания такой структуры ученый видел исключительно во включении в севооборот посева смеси многолетних бобовых и злаковых трав на срок не менее двух лет использования. Ради сохранения структуры почвы рекомендовался поздний подъем пласта трав, отказ от бороны и катка как вреднейших орудий, разрушающих структуру почвы. Мнения В.Р. Вильямса и Д.Н. Прянишникова были диаметрально противоположными: первый был убежденным защитником травопольной системы земледелия, второй - плодосменной.
Наряду с главенствующим значением структуры почвы в повышении плодородия почвы В.Р. Вильяме твердо настаивал на необходимости глубокой отвальной обработки почвы.
В начале 30-х годов прошлого века стремление В.Р. Вильямса распространить травопольную систему по всей стране вызвало резкое сопротивление со стороны Д.Н. Прянишникова и Н.М. Тулайкова. Д.Н. Прянишников (1963) указывал, что в таком сложном производстве каким является сельское хозяйство, не должно быть шаблона. Н.М. Тулайков (1963), работавший на Юго-востоке страны, сделал выводы о специфике сельского хозяйства степных районов, о решающем значении борьбы за влагу в системе земледелия. Ученый при проектировании севооборотов рекомендовал руководствоваться следующими положениями: а) максимально увеличить производство пшеницы, б) севооборот должен иметь минимальное количество культур, в) быть по возможности коротким, г) в качестве средства борьбы с сорняками в севообороте должно быть поле пропашных культур - кукурузы или подсолнечника. В этой схеме нет ни классического плодосмена, ни основного элемента травополья - многолетних трав.
Значительный шаг в углублении дифференциации земледелия применительно к различным условиям Сибири был сделан в 80-е годы. Тогда были разработаны и начали осваиваться зональные системы земледелия, ориентированные на среднемноголетние агроклиматические параметры, которые на всей территории земледельческих зон Сибири в среднем составляли долю 50% лет, а в остальные годы сельскохозяйственные угодья оказывались как бы в разных подзонах. В этих условиях зональные системы земледелия были рассчитаны на половину лет, а в остальные годы они не соответствовали природным условиям.
Крупномасштабное освоение земель изменило ландшафт и климат территорий. Началось нарушение законов естественного развития почв из-за отчуждения растительной массы. Энергетика гумусообразования практически повсеместно в Сибири поддерживается только органическим веществом корневых систем зерновых культур и их пожнивными остатками. Отрицательный баланс органического вещества влечет за собой дегумификацию почв, разрушение структуры и развитие эрозии, изменение водно-физических свойств. Быстрые темпы разрушения сибирских почв заставляют искать новые подходы к разработке систем земледелия и природопользования, обеспечивающих надежную защиту почв.
Первые попытки освоения интенсивных технологий производства зерна в Зауралье и Западной Сибири, предпринятые в середине 80-х годов и позднее, показали обнадеживающие результаты (Кирюшин, 1987; Чулкина и др., 1987; Холмов, Юшкевич, 1988; Показаньев, 1994; Абрамов, Ионин, Федоткин, 1998; Власенко, 1996; Усенко, 2000) и др.
Метеорологические условия в годы проведения опытов
Очень хороший результат дает сочетание лущения и безотвального рыхления в борьбе с корнеотпрысковыми сорняками: их число уменьшается в 10,5 раза. Оставлять почвенный слой на месте, не переворачивая его - это предписание природы. Отвальная система обработки почвы - это «сизифов труд», который не просто бесполезен по своей сути, но и вреден для природы, почвы, культурных растений.
На засоренных посевах сельскохозяйственных культур, как правило, увеличивается численность вредителей и возбудителей болезней. Ряд культур являются фитосанитарами. По данным Л.М. Козловой, Н.А. Вылегжанина, Е.Ф. Пожаловой (2007) пораженность зерновых культур корневыми гнилями в севооборотах составила в среднем 21,3-25,8%, развитие болезни - 11,90-14,75%. Меньше пораженность отмечается в севооборотах с сидеральными донниковым и горчично-пелюшко-овсяными парами - 21,7 и 21,3%. Введение в севооборот донника, горчицы, овса, как фитосанитарных культур, способствует снижению распространения этого злостного заболевания. Кроме того, повышается деятельность полезных микроорганизмов в почве.
В Тульской области средняя продуктивность севооборотов с сидеральными и занятым парами мало различалась, но несколько уступала продуктивности севооборота с черным паром. В рыночных условиях, когда внесение минеральных удобрений и навоза связано с большим затратами, использование элементов биологизации позволяет получать устойчивые урожаи зерна (Акимов, 2005).
Изучая эффективность различных видов паров в условиях лесостепи Заволжья ученые Саратовской ГСХА (Казанов, Марковский, Подскочая, 2005), установили, что введение в полевые севообороты чистого пара независимо от применяемых систем удобрения и систем основной обработки почвы способствует повышению урожайности возделываемых культур в продолжении четырех лет после него. Это повышает общую продуктивность севооборотов с чистыми парами по сравнению с севооборотами, в состав которых включены занятые.
Анализ литературных источников по урожайности яровой пшеницы после паровых предшественников в различных видах полевых севооборотов показывает, что длина ротации севооборота и набор размещаемых в нем культур оказывают влияние на плодородие почвы весьма существенное и различия в их воздействии проявляются на первой культуре пшеницы по пару. В исследованиях Н.В. Шрамко, Г.А. Лаке и А.И. Пантелимоновой (1974) в двухпольном зернопаровом севообороте по пару получено 1,53 т/га зерна пшеницы, в трехпольном - 1,60, в четырехпольном - 1,59, при замене последней пшеницы на ячмень в этом же севообороте - 1,72, в пятипольном - 1,72 и в шестипольном - 1,69 т/га.
По данным отдела земледелия ВНИИЗХ в среднем за 1968-1973 годы урожайность пшеницы по чистому пару в двухпольном зернопаровом севообороте составила 1,87 т/га, в трехпольном и четырехпольном соответственно 1,91 и 1,93, при замене последней пшеницы в четырехпольном севообороте на ячмень - 2,07, в пятипольном зернопаровом
- 2,00 и зернопаротравяном - 1,99 т/га (Бараев, 1976, 1978).
На Хакасской опытной станции Красноярского края в среднем за 1969-1974 гг. урожайность пшеницы по пару в двухпольном зернопаровом севообороте составила 1,32 т/га при запасе продуктивной влаги в пахотном слое почвы 66,1 мм во время посева, в трехпольном зернопаровом соответственно 1,37 при 64,3 мм, в четырехпольном — 1,42 при 64,0 мм, в пятипольном зернопаропропашном - 1,38 т/га (Тюдшиев, 1977).
На тенденцию к снижению урожайности пшеницы по пару в двухпольном зернопаровом севообороте (1,82) по сравнению с трехпольным зернопаровым (1,86 т/га) показывают данные опытов канадских исследователей Zentner, Campbell, Read (1984).
В статье А.С. Салихова (1974) приводятся данные урожайности первой культуры пшеницы по парам в севооборотах с разной длиной ротации, из которых видно, что в двухпольном зернопаровом севообороте урожайность, наоборот, выше (1,88 т/га), чем в трехпольном (1,81) и четырехпольном (1,78 т/га).
На более высокую урожайность яровой пшеницы по чистому пару в двухпольном севообороте (1,90 т/га) в условиях Канады по сравнению с трехпольным (1,74) указывают многолетние данные научно-исследовательской станции Летбридж, расположенной в южной части провинции Альберта (по Хорошилову и Хорошиловой, 1976).
Основой агроэкономического и ландшафтного земледелия А.Д. Бекетов (1996) считает оптимальное соотношение площадей пашни, сенокосов, пастбищ, лугов, и многолетних насаждений, лесов, водоемов, т.е. экологически сбалансированного природного равновесия.
И.Н. Листопадов (2005) совершенно справедливо и обоснованно показывает центральное место системы севооборотов в адаптивно-ландшафтных системах земледелия применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям. Отмечая роль чистого пара в севооборотах как гарантию устойчивости земледелия в сухой и засушливой зонах юга России, он заостряет внимание на его уязвимости от эрозии почвы.
На юге Урала А.В. Кислов с соавторами (2005), М.А. Глухих (2003) рекомендуют по чистому пару высевать озимые культуры, которые обеспечивают вдвое больший урожай зерна по сравнению с яровой пшеницей.
Аналогичное мнение по этому вопросу для лесостепи и предгорных равнин Алтая высказывали в разное время Н.Ф. Шерстнев, П.П. Калачиков (1984), Н.Ф. Шерстнев (1985), А.П. Дробышев, В.П. Иунин (2003) и др. Показывая роль севооборотов в регулировании и оптимизации водного режима почвы, в управлении почвенным плодородием, в защите от эрозии, в очищении полей от сорняков, в повышении качества продукции И.Н. Листопадов (2005) увязывает эти вопросы с организационно-технологическими функциями севооборота на разных уровнях интенсификации и специализации земледелия.
В результате сокращения работ по воспроизводству и повышению плодородия в период с начала 90-х годов прошлого века во всех регионах России, в том числе и в Алтайском крае, шёл интенсивный процесс деградации почв, снижение их плодородия.
До 1990 г. в крае наблюдалось планомерное увеличение применения как органических, так и минеральных удобрений (табл. 1.2).
Начиная с 1991г., параллельно сокращению объемов применяемых удобрений, происходит снижение продуктивности пашни.
Расчет баланса элементов питания в земледелии показал, что он был и остается отрицательным. Наименьшим дефицит наблюдается в 1981-1985 гг. (- 56,1 кг/га), наибольшим - в 2001-2005 гг. (-121,3 кг/га).
За последние 16 лет общая площадь сельскохозяйственных угодий Сибири сократилась на 5,3 млн. га, из них пашни - 4,6 млн. га. За эти годы произошел стихийный прогресс вывода пашни из оборота, что сопровождается в настоящее время закустариванием и засорением брошенных земель. Посевная площадь зерновых культур уменьшилась на 25%, составив в среднем в 2002-2006 гг. 10,2 млн.га. Основной удельный вес в структуре посевных площадей зерновых культур приходится на пшеницу -71%, овес и ячмень занимает около 14, рожь - 1,4%. Эти же культуры составляют основу структуры производства зерна, которое фактически уменьшилось на 24% (Донченко, Каличкин, 2008).
Влияние севооборотов на содержание гумуса и основных элементов питания растений в почве
Перед посевом пшеницы самые низкие показатели водопрочности агрегатов отмечены в 2-польном зернопаровом севообороте: в слое 0-30 см агрегатов крупнее 1 мм было 1,30-1,32%, в семипольных севооборотах - 1,51-1,95%. В 1977 году в 3-польном севообороте с чистым паром их содержание было сравнительно низким и составило 1,39%.
За 2 года определений водопрочности почвенных агрегатов перед посевом яровой пшеницы после парования на фоне применения минеральных удобрений в семипольном зернопаропропашном севообороте не привело к повышению этого качественного показателя структуры, а отмечена тенденция к его снижению: без удобрений в слое 0-30 см находилось в среднем за 1976-1977 г.г. 1,71%, на фоне удобрений - 1,52%. Замена чистого пара занятым в трехпольном севообороте увеличила содержание водопрочных агрегатов в 1976 году до 2,03, в 1977 - до 2,92%.
Содержание водопрочных агрегатов размером крупнее 0,25 мм в слое 0-30 см во всех изучаемых севооборотах отмечалось в пределах 27,10-33,71%).
Таким образом, в процессе парования почвы происходит увеличение содержания глыбистых комков и снижение водопрочности агрегатов. Более высокими показателями по содержанию структурных отдельностей размером от 7 до 1 мм в диаметре и водопрочности агрегатов характеризуются семипольные севообороты. Применение минеральных удобрений и включение в севообороты многолетних трав в опытах не выявило длительного улучшения агрегатного состава почвы. Наилучшими показателями структурного состояния почвы обладают севообороты с занятым паром.
Водные свойства почвы являются одним из основных показателей определяющих ее плодородие. По мнению Э.Рассела (1955) недостаток воды ограничивает общее производство пищи в мире больше, чем какая-либо другая причина. В почве опытного участка основным источником влаги являются атмосферные осадки. Возделываемые культур часто страдают от недостатка влаги в первой половине лета.
При определяющей роли атмосферных осадков в водном режиме почвы различные мероприятия, направленные на повышение плодородия почв, также играют определенную роль во влагообеспеченности растений.
К мероприятиям по эффективному использованию осадков можно отнести сроки, приемы и способы основной обработки почвы, снегозадержание с помощью кулис и применения различных орудий, посадка лесных полос, борьба с сорняками, внесение органических удобрений и т.д.
В приемах по влагонакоплению особая роль принадлежит чередованию культур. Как показывает ряд научных исследований и практика совхозов и колхозов степных районов при традиционной зернопаровой системе земледелия лучшим предшественником яровой пшеницы, обеспечивающим накопление и сохранение значительных запасов влаги в почве, является чистый пар (Шрамко, Вольская, 1978; Бараев, 1978; Каштанов, 1990, 1992 и др.). Применение паровой обработки позволяет использовать осадки холодного периода в течение двух лет: в осенне-зимний период, предшествующий парованию и в осенне-зимний период, предшествующий посеву яровых культур по пару. Кроме того, отсутствие растительности предотвращает расход влаги на транспирацию.
В задачу наших научных исследований входило изучение изменения режима влажности почвы в паровых полях различных видов полевых севооборотов, начиная с уборки предшествующей культуры до уборки пшеницы, посеянной по парам, а также в ее повторных посевах.
Анализ запасов доступной влаги в метровом слое почвы показывает, что в конце ротации севооборотов после уборки замыкающей их яровой пшеницы остается неодинаковое количество влаги. Оно определяется не только погодными условиями во время вегетации растений, но и величиной урожая пшеницы. Так, в 1978 году при урожайности яровой пшеницы по обороту пласта 1,70 т/га к осени в слое почвы 0-100 см оставалось 53,2 мм доступной влаги. При размещении третьей культурой по пару без применения удобрений и урожайности 1,50 т было 83,6 мм, на фоне минеральных удобрений -соответственно 2,22 т и 33,9 мм. Такая же закономерность по вариантам опыта прослеживается и в 1979 году. В целом на опытном участке в 1979 году почва была сильно иссушена и запасы доступной влаги в подпахотном слое были минимальными. В верхнем 50-сантиметровом слое за счет осадков второй половины лета находилось от 13,2 до 32,7 мм, в слое 50-100 см от 0 до 20,9 мм (табл. 3.1.9).
Наиболее полное представление о влиянии урожайности на запасы влаги в почве после уборки дает коэффициент парной корреляции, который в среднем за 1978-1979 годы в слое почвы 0-100 см был равен 0,823 ±0,161.
Анализ таких закономерностей предопределил необходимость уточнить влияние разных видов полевых севооборотов с паровыми полями на водопроницаемость почвы как в конце ротации перед парованием после уборки предшествующей яровой пшеницы, так осенью в конце парования.
Определение водопроницаемости почвы осенью 1977 и 1978 гг. в полях, уходящих под пар в различных севооборотах, показало, что она в значительной мере зависит как от агрегатного состава почвы, так и от уже имеющихся запасов влаги в ней. Чем выше запас в почве и чем бесструктурнее почва, тем меньше влаги поступает в нее. В свою очередь запасы влаги в этот период зависят в значительной степени и от урожайности предыдущей культуры, уровня интенсификации и других факторов.
Состояние агрофитоценоза в зависимости от способов и сроков основной обработки почвы
Сила муки в. годы проведения опытов в целом по всем вариантам стационара севооборотов находится в прямой зависимости от содержания белка. В условиях 1977 и 1978 годов, когда с 20 июля до уборки выпало соответственно 106 и 101 мм осадков, получено близкое и содержание белка в зерне (12,0-12,1%). При 119 мм осадков за этот период в 1979 году в зерне содержалось только 11,0% белка.
В острозасушливом 1976 году, когда за вегетацию выпало 162мм осадков, в т.ч. с 20 июля до конца августа 69 мм, по стационару севооборотов получена средняя урожайность зерна яровой пшеницы на уровне 0,89 т/га при сборе белка 129,0 кг/га. В 1977 году с очень засушливой первой половиной вегетации (с 10 мая по 20 июня выпало 14 мм осадков) получен урожай пшеницы 1,25 т/га при сборе белка 150 кг/га. В 1978 и 1979 годах урожайность была равна 1,85 и 1,89 т/га, но благодаря более высокому содержанию белка в зерне в 1978 году получено и наибольшее его количество - 223,8 кг/га, а в 1979 - 206,8 кг/га.
Таким образом, при засушливых условиях второй половины вегетации яровой пшеницы зерно формируется с более высоким содержанием белка, имеет высокий показатель силы муки, но из-за снижения урожайности сбор белка с единицы площади значительно снижается.
Кроме того, на качество зерна яровой пшеницы оказывают влияние и агротехнические факторы: место пшеницы в севооборотах, обеспеченность элементами питания и урожайность пшеницы.
Размещение посевов пшеницы по чистому и занятому парам как первой, так и второй культурой в 1977 году не обеспечило получения зерна с высокой натурной массой и стекловидностью, их показатели были на уровне 734-752 г/л и 52-60% соответственно. Высокая стекловидность отмечалась в 1976 и 1978 годах. В условиях этих лет наблюдается ее повышение при посеве по парам в семипольном зернопаротравяном севообороте (72 и 78%) по сравнению с другими севооборотами (табл.3.5.1).
По занятому пару только в условиях 1976 и 1978 годов получена сравнительно высокая стекловидность зерна (66 и 64%). В более увлажненных условиях вегетационного периода этот показатель находился в пределах 56-57%о. Размещение пшеницы по неудобренному фону в повторных посевах в более увлажненные 1977-1979 годы увеличило стекловидность на 6-12%, в 1976 году - только на 1%.
Содержание белка в зерне пшеницы при посеве первой культурой по парам зависело в большей степени от количества атмосферных осадков по годам и применения удобрений: в 1976 году его содержание было на уровне 13,4-14,8%), на фоне удобрений 15,2%, в годы с более высоким увлажнением во второй половине вегетации (1977-1979гг.) - на уровне 11,2-12,5%, на удобренных вариантах- 13,1-13,5%.
В зерне пшеницы повторных посевов по парам содержание белка в 1976 году также было более высоким: 14,2-14,8% без применения удобрений и 15,1% в удобренном севообороте (табл. 3.5.2).
В условиях 1977-1979 года содержание белка в зерне повторных посевов без применения удобрений находилось на уровне 10,1-12,3%, с применением удобрений - 11,8-12,9%). О высоком положительном влиянии минеральных удобрений на улучшение качества зерна отмечается в исследованиях И.Л. Халезовой (1975).
Неодинаковое содержание белка в зерне и урожайность пшеницы обеспечили различную величину выхода белка с единицы площади. В среднем за 4 года по чистым парам получено без применения удобрений от 213 кг с 1 гектара в семипольном зернопаротравяном севообороте до 230,1 кг в двухпольном зернопаровом, по занятому пару - 175,5 кг/га.
Минеральные удобрения способствовали повышению сбора белка на 70,3 кг. Повторные посевы пшеницы обеспечили выход белка в среднем за 4 года от 133,1 в семипольном зернопаропропашном до 142,7 кг/га в трехпольном зернопаровом. Применение минеральных удобрений увеличило его выход на 71,8 кг/га.
Для оценки и характеристики белкового комплекса пшеницы широко применяется метод седиментации (набухания муки). Показатель седиментации в большей степени зависит от количества и качества клейковины. По данным Н.П. Козьминой (1969) он имеет высокую корреляцию с технологическими качествами муки, теста и хлебопекарными качествами. Показатели седиментации равные 60 и выше характерны для сильных пшениц с высоким содержанием белка и сильной клейковиной.
Проведенные анализы показывают на более высокие показатели седиментации в 1976 году (82-96) при посеве пшеницы первой и второй культурой по парам. Мука пшеницы, посеянной по занятому пару, характеризовалась несколько меньшим показателем. Применение минеральных удобрений увеличило его в среднем за 4 года на 5,5 единиц в посевах пшеницы первой культурой по чистому пару.
В повторных посевах пшеницы без применения удобрений только в более засушливые годы (1976 и 1978) показатель седиментации был выше 60. Применение удобрений способствовало в более увлажненные годы (1977 и 1979) повышению этого показателя, а в более засушливые - остались на уровне неудобренных вариантов.
Анализ качества муки, полученной из зерна яровой пшеницы, посеянной по парам первой культурой, показывает, что содержание сырой клейковины определяется как погодными, так и агротехническими условиями. В исследуемые годы, особенно в острозасушливом 1976 году, не было выявлено четкой закономерности по соотношению белка и клейковины, что связано, видимо, с разным отношением в клейковине белка с одной стороны и крахмала, липидов, клетчатки и других соединений с другой.
По данным П.Е. Суднова (1965) соотношение белка и сырой клейковины в зерне пшеницы колеблется в широких пределах (от 1,47 до 2,09) и зависит от почвенных и климатических условий. А.А. Созинов и В.Г. Козлов (1970) считают, что с повышением влажности почвы происходит снижение концентрации почвенного раствора. Это замедляет проникновение азота в растение, в семенах уменьшается количество белка и увеличивается содержание крахмала.
Л.Н. Любарский (1956) отмечает сложную зависимость между содержанием белка и количеством клейковины (по И.М. Коданеву, 1976).
Содержание сырой клейковины в зерне яровой пшеницы в среднем за 4 года по неудобренным парам составило 30,0-30,6%, а на фоне удобрений - 32,1 (табл. 3.5.3).
Сравнительно невысокое ее содержание в большинстве случаев отмечалось в 1976 и 1979 годах. На этот показатель существенное влияние могла оказать и урожайность пшеницы. Так, при урожайности пшеницы по занятому пару в размере 0,57 т/га в 1976 году отмечается самое высокое содержание клейковины (30,2%). В условиях более высокого увлажнения в 1979 году, когда урожайность яровой пшеницы по занятому пару была на уровне пшеницы по чистым парам (2,02 т/га), содержание клейковины было значительно ниже и составило 26,2%. Во втором случае решающее значение оказали запасы нитратов в почве.
