Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса . 7
2. Условия и методика проведения исследований . 42
2.1. Почвенно-климатические условия 42
2.2. Метеорологические условия в годы исследований 44
2.3. Характеристика опытного участка 54
2.4. Методика проведения исследований 55
3. Оценка эффективности биофакторов в зернотравяном звене севооборота 60
3.1. Влияние биофакторов на условия роста и развития яровой пшеницы с подсевом многолетних трав 60
3.1.1. Агрофизические показатели почвы 60
3.1.2. Водный режим почвы 62
3.1.3. Динамика элементов минерального питания 63
3.1.4. Микробиологическая активность почвы 66
3.1.5. Фитосанитарное состояние посевов 67
3.1.6. Урожайность и качество зерна 70
3.2. Влияние биофакторов на рост и развитие многолетних трав 72
3.2.1. Особенности роста и развития многолетних трав 72
3.2.2. Оценка перезимовки многолетних трав 73
3.2.3. Засоренность посевов многолетних трав 74
3.2.4. Продуктивность посевов многолетних трав 76
3.2.5. Изменение некоторых показателей плодородия почвы после многолетних трав 78
4. Последействие многолетних трав по различным биофакторам в посевах яровой пшеницы 82
4.1. Агрофизические свойства почвы 82
4.2. Запасы продуктивной влаги 83
4.3. Фитосанитарное состояние посевов 84
4.4. Урожайность и качество зерна 86
5. Экономическая и энергетическая эффективность возделывания многолетних трав 89
Выводы 95
Рекомендации производству 97
Список литературы 98
Приложения 116
- Метеорологические условия в годы исследований
- Динамика элементов минерального питания
- Влияние биофакторов на рост и развитие многолетних трав
- Фитосанитарное состояние посевов
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время развивается новое направление в сельском хозяйстве - биологизация земледелия, важным путем которого является расширение применения дешевых источников органических веществ почвы - сидератов, соломы как удобрение и др. большую роль в биоло-гизации земледелия играет возделывание в севооборотах многолетних трав, которые позволяют повышать плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Мало изучено о влиянии биологических факторов применяемых в звеньях севооборотов на рост и развитие многолетних трав. Такие исследования в условиях Республики Татарстан не проводились.
Поэтому, исследования по изучению роли биологических факторов в интенсивности роста и развития многолетних трав, и их влияние на плодородие почвы и эффективность севооборотов в условиях Республики Татарстан являются актуальными.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом Казанской государственной сельскохозяйственной академии. На основе проведенных исследований разработаны эффективные способы использования некоторых элементов биологизации земледелия в севооборотах.
Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось обоснование влияния некоторых биофонов (навоза, соломы, сидератов) в звене севооборота на рост и развитие многолетних трав, и их действие на плодородие почвы в условиях Предкамья Татарстана.
Для выполнения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:
изучить влияние биологических средств на почвенные условия покровной культуры (яровой пшеницы);
дать оценку воздействия биологических средств на рост и развитие многолетних трав по годам пользования;
определить влияние изучаемых приемов на фитосанитарное состояние посевов;
исследовать последействие многолетних трав при различных биофакторах на урожайность и качество зерна яровой пшеницы;
рассчитать экономическую и энергетическую эффективность изучаемых приемов;
разработать рекомендации для внедрения в производство.
Научная новизна. Впервые в условиях серых лесных почв Предкамья Республики Татарстан проведены комплексные исследования по определению влияния биофакторов на рост и развитие многолетних трав, и их эффективность в севообороте.
Защищаемые положения:
При использовании в звене севооборота различных биологических фонов (сидераты, солома и навоз) улучшаются основные показатели плодородия серой лесной почвы под посевами покровной культуры, что создает оптимальные условия для роста и развития многолетних трав под покровом и в последующие годы жизни.
Применение биофакторов усиливает положительное действие многолетних трав на плодородие почвы, фитосанитарное состояние посевов, что позволяет получать стабильно высокие урожаи яровой пшеницы с хорошими качественными характеристиками зерна, при одновременном снижении химической нагрузки на агроценозы.
Использование биофакторов перед многолетними травами существенно повышает выход продукции в звене севооборота, снижает энергоемкость и себестоимость сельскохозяйственного производства.
Практическая значимость работы заключается в разработке научно-обоснованной системы биологизации земледелия в зернотравяном звене севооборота, позволяющей повысить эффективность возделывания многолетних трав, урожайность и качество зерна яровой пшеницы.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований опубликованы в научных статьях и материалах научных и научно-практических конференций, которые используются в практической работе специалистов при возделывании яровой пшеницы и многолетних трав. Основные результаты внедрены в технологию производства яровой пшеницы в ООО «Березовка» Лаишевского района Республики Татарстан.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, подготовлено 6 дипломников. Рекомендованные варианты биологизации земледелия включены в основные разделы методических пособий и рабочих тетрадей для студентов Казанской ГСХА.
Апробация работы. Результаты исследований рассматривались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Казанской ГСХА (1998, 1999, 2000, 2001, 2002 гг.), международной научно-практической конференции посвященной 80-летию ТатНИИСХ (2000 г.), IV научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов Республики Татарстан (2001 г.), где были получены положительные оценки.
Объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах машинописи, состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций производству, включает 31 таблицу, 7 рисунков, 36 приложений. Список литературы состоит из 224 наименования, в том числе 16 иностранных авторов.
Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю X. X. Хабибрахманову, коллективу кафедры общего земледелия и студентам дипломникам за помощь при проведении исследований и подготовке диссертационной работы.
Метеорологические условия в годы исследований
Метеорологические условия 1999 года несколько отличались от предыдущего. Так, за январь - февраль, осадков в виде снега выпало в 2,3 раза больше среднемноголетней нормы (рис. 4, приложение 4). Снег сошел с полей в середине апреля - 12-16 числа. Апрель характеризовался повышенным тепловым режимом, но с пониженным количеством выпавших осадков. В мае количество осадков было несколько больше нормы в сочетании с прохладной погодой, в отдельные дни наблюдались заморозки до -6С, что привело к уплотнению почвы, образованию почвенной корки. Все вышеперечисленное отрицательно повлияло на полевую всхожесть ранних яровых культур. Июнь оказался жарким (выше нормы на 2,8С) и сухим: в первой половине месяца наблюдалась засуха, которая оказала отрицательное действие на формирование вегетативной массы культурных растений. Июль и август характеризовались повышенным тепловым режимом и избыточной увлажненностью. Осадки выпали на 20 и 40% больше среднемноголетнего показателя, при которой создались неблагоприятные условия для уборки многолетних трав.
Особенностью погодных условий 2000 года (рис. 5, приложение 5) был повышенный температурный режим в течении года с января по сентябрь, за исключением мая месяца, где среднесуточная температура была ниже нормы на 3С. При этом, дневные пониженные температуры воздуха сопровождались ночными заморозками на почве до -5С. Количество осадков перед посевом было в достаточном количестве, а прошедшие ливневые дожди в мае после посева, способствовали образованию почвенной корки, что привело к недружным январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь всходам. В июне влагообеспеченность была на 45% выше среднемноголетних данных. Июль 2000 года характеризовался повышенным тепловым режимом и с малым количеством осадков (53% от нормы). В августе обеспеченность влагой и тепловой режим были в пределах среднемноголетних значений. В целом, вегетационный период роста и развития культур 2000 года можно оценить как относительно благоприятным годом по метеорологическим условиям.
Вегетационный период 2001 года. В январе месяце среднемесячная температура воздуха составила - 3,3С, что на 9,8С выше нормы и на 6,6С выше, чем в прошлом году (рис. 6, приложение 6). При этом, амплитуда колебаний температуры была довольно большой: максимальная + 3,2С, а минимальная -21,5С. Глубина промерзания почвы составила 46 см, высота снежного покрова достигла 42 см. В февраля погода сохранялась холодной. Средняя температура составила - 13,5С, что почти на уровне нормы и на 8С выше, чем в прошлом году. Толщина снежного покрова составила 58 см. Осадки составили 29,0 мм. Зимовка озимых культур проходила в удовлетворительных метеоусловиях. В течение марта наблюдалась слабо морозная погода. Осадки, выпадавшие в виде мокрого снега, за декаду составляли 30,3 мм, что в 2 раза больше нормы. Глубина снежного покрова за счет таяния стала уменьшаться и составила 50 см.
В первой декаде апреля наблюдалось постепенное потепление погоды. Осадки выпадали незначительные, в виде моросящего дождя и составили 0,4 мм. Во второй декаде апреля наблюдалась жаркая и сухая погода. Среднесуточная температура воздуха составила +7,4С. Осадков не было. Полный сход снега с полей произошел 13-16 апреля.
В третьей декаде апреля сохранилась такая же жаркая и сухая погода. Среднесуточная температура наблюдалась до 15,5С, максимальная поднималась до +24С, а минимальная опускалась до -3С в ночное время. В мае погода была устойчиво теплой, со значительными осадками. Среднесуточная температура воздуха составила 13С, максимально поднимаясь до 26С. Такая погода благоприятствовала росту озимых и всходам яровых. Осадки составили в начале месяца 114 мм. Прошедшие дожди в 2-х декадах мая задерживали боронование яровых по всходам.
В первой декаде июня погода была жаркой, осадки выпали незначительные. Отмечались в середине декады сильные ветры с максимальной скоростью до 16 м/сек. Максимальная температура воздуха поднялась до +24С, а минимальная составила до +8,7С в ночное время суток. В первой декаде июня для развития сельскохозяйственных растений погода была благоприятная, влаги было достаточно и было тепло, яровые находились в стадии полного кущения, озимые - в фазе колошения, горох - усикообразования, люцерна - стеблевания. Во второй и третьих декадах июня прошли ливневые дожди и сильные ветры в виде урагана. Скорость ветра составила от 12-16 м/сек. Среднесуточная температура колебалась от +16С до +17С, опускаясь до +8,8С в ночное время. Осадки составили 63 мм. Такая погода отрицательно повлияла на развитие сельскохозяйственных культур. Озимые находились в фазе цветения и налива, яровые - колошения.
Во второй и третьих декадах июля погода сменилась на жаркую и сухую без значительных осадков. Среднесуточная температура составляла от 20С до 27С, при этом максимально поднимаясь до 32С, и минимально опускаясь до 14С в ночное время. Осадки, выпавшие за две декады, составляли всего 16 мм, что на 30 мм ниже нормы. В первой декаде августа погода сохранялась теплой. Были сильные ветры, даже ураганы с обильными дождями. Среднесуточная температура воздуха +17,7С. В августе месяце осадки составляли 26,4 мм. Во второй и третьих декадах августа погода наблюдалась теплой, с незначительными осадками. В первой декаде сентября наблюдалась теплая погода, со значительными осадками. Среднесуточная температура воздуха составила +12С, осадки составляли 31 мм. Во второй декаде погода сохранилась теплой и сухой. Она благоприятствовала проведению сельскохозяйственных работ, уборке пропашных культур.
Динамика элементов минерального питания
Способность почвы обеспечивать растения необходимыми им питательными веществами в оптимальных соотношениях в большой степени является показателями плодородия почвы, и определяющим фактором формирования урожайности.
По данным A. Cottenie (1973), Ю.Н. Водяницкого (1985), культурные растения наиболее чувствительны к избытку и недостатку азота , в то время как влияние на них избыточного количества фосфора и калия обычно менее значительно. По мнению некоторых авторов более благоприятные условия для формирования урожая создаются при однородном гомогенном строении пахотного слоя по плодородию (Егоров, 1972; Нарциссов, 1982), корни растений равномерно развиваются во всем слое. Динамика нитратов. По мнению некоторых авторов поверхностная заделка соломы способствует более значительной иммобилизации азота в почве (Федоткин, 1976; Карлович, 1977; Nieder, Richter, 1987). Объясняется это, прежде всего, перемешиванием растительных остатков и органических удобрений с почвой и повышение биологической активности верхних слоев почвы при поверхностной их заделке. Накопление в верхней части почвенного профиля растительных остатков и органических удобрений способствует ингибированию процессов нитрификации, что, в конечном счете, обеспечивает сохранение азота и во многих случаях повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Часто можно наблюдать нормальное развитие растений при недостатке в почве нитратного азота. Е.А. Андреева (1956) объясняет это тем, что растения накапливают азот в ранние период жизни, в дальнейшем используют этот запас. Под посевами яровой пшеницы (рис. 7) в среднем за годы исследований в фазу колошения большее содержание нитратов в пахотном слое было в вариантах «солома + сидераты» 105,5 мг/кг, при 96,6 мг/кг по минеральному фону. Динамика подвижного фосфора. В фазе колошения яровой пшеницы подвижного фосфора было больше по биологическим фонам 80,0-94,4 мг/кг, меньше по минеральному фону - 78,8 мг/кг. Динамика обменного калия. Данные рисунка 7 показывают, что содержание обменного калия существенно больше было по биофакторам, особенно по варианту «солома + сидераты» 192,2 мг/кг, меньше по минеральному фону -156,6 мг/кг. Таким образом, водно-растворимые формы питательных элементов (NO3, Р205, К20) в посевах яровой пшеницы больше оказались по фонам биологиза-ции, особенно по навозу и варианту «солома + сидераты», меньше по минеральному фону. Показателем, обуславливающем деятельность микроорганизмов, является биологическая активность почвы. С деятельностью почвенной микрофлоры связаны процессы синтеза и разложения гумуса, мобилизация в почве труднодоступных для растений питательных веществ в доступную форму (Ремпе и др., 1990). Микроорганизмы в почвенном профиле концентрируется в местах размещения корневой системы. Биологическая активность нарушается при переворачивании пласта при обработке, так как анаэробные микроорганизмы оказываются в контакте с атмосферой, а аэробные перемещаются в нижние слои почвы (Sewell, 1985).
Самая большая биологическая активность почвы отчетливо проявляется при заделке пожнивных остатков, сидерата и соломы в верхние слои почвы (Александрова, 1980). Сидераты оказывают разностороннее влияние на почвенные микроорганизмы - поддерживают экологически сбалансированное состояние почвы, и являются легко мобилизуемым органическим веществом с низким коэффициентом гумификации. Солома обладает высоким коэффициентом гумификации и может считаться источником гумусовых веществ. Однако процесс ее минерализации в почве заторможен в связи с особенностью ее химического состава. В наших опытах разложение льняного полотна в почве по вариантам происходило неодинаково (табл. 5, прил. 24-25). В течение 30 дней вегетации яровой пшеницы более интенсивное разложение льняной ткани наблюдалось в вариантах с биофакторами. Интенсивное разложение льняной ткани в слое 0-10 см происходило по варианту «солома + сидераты» - 29,0%,по остальным вариантам биологизации - 25,3-28,8, при 18,7 по минеральному фону. Следовательно, при использовании биологических факторов усиливалась интенсивность разложения льняной ткани, особенно больше по варианту «солома + сидераты». По утверждению В. Р. Вильямса (1948), борьба с сорными растениями должна иметь системный характер, основанный на главных свойствах сорняков, в противном случае вся борьба сведется к бессистемной кустарщине. Борьба с засоренностью полей включает в себя комплекс приемов, часть которых широко используется в традиционном земледелии: очистка семенного материала от семян сорных растений, правильная подготовка органических удоб рений, увеличение нормы высева, различные системы основной и предпосевной обработки почвы и другие. Одним из наиболее эффективных приемов уничтожения сорняков, являются биологические методы (Саранин, 1994). К числу биологических способов борьбы с сорняками следует отнести подавление и уничтожение их культурными растениями за счет повышения их конкурентоспособности путем улучшения роста и развития, а также биохимического воздействия их на сорняки (Воробьев, 1972).
Влияние биофакторов на рост и развитие многолетних трав
Данные по росту и развитию многолетних трав первого года использования представлены в приложении 7. Из данного приложения видно, что количество всходов многолетних трав в фазу кущения яровой пшеницы больше было по биологическим факторам - 434-464 шт./м2, при - 426 по минеральному фону, особенно заметно по навозу и «солома + сидераты» 464 и 458 соответственно. В течение вегетации под покровом яровой пшеницы происходило изрежи-вание многолетних трав из-за биологического подавления. Так к уборке яровой пшеницы по вариантам биологизации количество их уменьшилось на 14,3%, а по минеральному только на 10,6. Сравнительно сильное изреживание произош-ло по навозу и «солома + сидераты» до 47 и 43 шт./м .
Уже в первый год пользования многолетних трав проявились существенные различия в количестве и соотношении между различными видами трав, составляющими смесь. Сравнительно большее количество бобовых трав (клевер красный, люцерна посевная) были при варианте «солома+сидераты», тогда как по злаковым травам лучшие результаты получены при внесении навоза. Аналогичная зависимость проявилась и в последующие годы пользования. С учетом того, что при производстве многолетних трав особое значение имеет сохранение бобовых, можно сделать вывод о том, что совместное внесение соломы и сидератов позволяет максимально долго сохранить на стабильном уровне бобовые компоненты многолетних трав, что способствует получению сбалансированных по белку кормов.
Данные по изменению видового состава многолетних трав представлены в таблице 10. Для многолетних трав особое значение имеет обеспечение оптимальных условий для перезимовки. Изучаемые варианты оказывали заметное влияние на перезимовку многолетних трав (табл. 11).
Перезимовка многолетних трав первого года жизни по вариантам происходила неодинаково. Больше сохранился травостой по вариантам биологизации 92,4-95,2 %, тогда как по минеральному фону только 86,1 %. Характер влияния различных вариантов на разные компоненты многолетних трав несколько различался. Заметно большая сохранность бобового компонента достигалась при совместном использовании соломы и сидератов, тогда как по отношению к злаковому компоненту сравнительно лучшие показатели отмечались при применении навоза.
Одной из проблем, связанных с возделыванием многолетних трав является развитие сорных растений. В связи с этим нами определялась засоренность многолетних трав по различным вариантам опытов (табл. 12, прил. 28-30).
Засоренность посевов многолетних трав первого года пользования мень-ше была по минеральному фону 37,0 шт./м (в т.ч. многолетние сорняки 3,0).
Применение навоза и соломы увеличило засоренность посевов в первый год пользования 54,0-59,0 шт./м (в т.ч. многолетние сорняки 6,0-8,0) соответственно. Использование сидератов в отдельности и совместно с соломой сни-зило засоренность до 48,0-51,0 шт./м (в т.ч. многолетние сорняки 5,0-7,0). Такая же закономерность сохранялась и в следующие года пользования. По годам пользования многолетних трав, наблюдалось снижение засоренности по всем вариантам. Так, если во второй год пользования количество сорняков было 28,0 шт./м по минеральному, а по фонам биологизации 31,0-43,0, то в третий год пользования осталось -19,0 и 20,0-25,0 соответственно.
В последующие годы пользования происходило увеличение численности многолетних сорняков. К 3-му году пользования их количество было по био-факторам 9,0-15,0 шт./м , при - 7,0 по минеральному фону.
В посевах встречались следующие сорные растения: малолетние двудольные - марь белая (Chenopodium album L.), редька дикая (Raphanus raphanistrum L.); из зимующих - василек синий (Centaurea cianus); из многолетних - бодяк полевой {Cirsium arvense), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), осот полевой (Sonchus arvensis).
Более объективным показателем засоренности является воздушно-сухая масса сорняков. В первый год пользования она сравнительно ниже на минеральном фоне - 17,9 г/м2, в то время как по вариантам биологизации она равнялась 21,8-25,6, особенно заметно разница по вариантам навоза и соломы 24,6-25,6 г/м2.
Фитосанитарное состояние посевов
Выше уже отмечалось, что сорные растения являются существенным фактором снижения продуктивности сельскохозяйственных культур, в том числе и яровой пшеницы. С учетом того, что многолетние травы часто являются источником засоренности посевов зерновых культур, изучение данного вопроса имеет существенное значение. Воздействие изучаемых приемов на засоренность посевов яровой пшеницы представлено в таблице 21.
Данные таблицы показывают, что в фазу кущения, использование биофакторов способствовало некоторому повышению засоренности посевов по сравнению с минеральным фоном, однако этот прирост был незначительным, в связи с чем общая засоренность посевов была в пределах одинаковой балловой шкалы. Аналогичная закономерность была и к уборке. В фазу трубкования отмечалось некоторое снижение численности сорных растений и их сухой биомассы в варианте с заделкой сидератов.
В целом, полученные результаты показали, что биофакторы, улучшая водно-физические свойства и водный режим почвы способствовали и лучшему развитию сорных растений, но за счет повышения конкурентной способности культурных растений повышение засоренности не происходило.
Среди почвенно-семенных инфекций в Республике Татарстан особый вред имеют болезни, поражающие наиболее товарные сельскохозяйственные культуры - яровую пшеницу, сахарную свеклу и картофель. В посевах яровой пшеницы наиболее распространенным и вредоносным видом болезней данной группы является обыкновенная (гельминтоспориозная) корневая гниль, вызываемая несовершенным грибом Bipolaris sorokiniana, фузариозная корневая гниль (Fusarium spp.). Ущерб от данных болезней значителен. Так, в результате развития корневых гнилей зерновых культур урожайность может снижаться до 40-50 %, содержание клейковины в зерне пшенице на 4,5-10 %. В связи с этим, нами проводилось определение распространенности корневых гнилей на посевах яровой пшеницы, результаты определения представлены в таблице 22.
Полученные результаты свидетельствуют, что использование биофакторов и, в первую очередь навоза, способствуют существенно более низкому уровню распространенности болезни, чем если используется внесение только ми неральных удобрений. Варианту с навозом, по эффективности снижения развития корневых гнилей незначительно уступал вариант «солома+сидераты». Снижение развития корневых гнилей в вариантах с использованием биофакторов связано с тем, что дополнительные источники органического вещества способствуют стимуляции развития почвенных микроорганизмов, в том числе и антагонистов возбудителей корневых гнилей.
Продуктивность яровой пшеницы возделываемой в опытах колебалась по годам. В 2001 г урожайность яровой пшеницы составила свыше 50 ц/га, что обусловлено благоприятными агроклиматическими условиями в период вегетации культуры (средняя урожайность яровой пшеницы в целом по Республике Татарстан составила в 2001 г свыше 34 ц/га). Независимо от года исследований, во всех вариантах опыта с биофакторами по сравнению с минеральным фоном урожайность была достоверно выше. В целом за годы исследований, наибольший прирост урожайности яровой пшеницы - 11,4% по отношению к минеральному фону достигался в варианте с заделкой соломы и сидератов. Несколько меньше урожайность яровой пшеницы была при внесении навоза. Таким образом, сравнительно большая урожайность яровой пшеницы по пласту многолетних трав отмечается при использовании совместной заделки соломы и сидератов под покровную культуру.
Качественные показатели зерна яровой пшеницы, полученного по вариантам опыта, приведены в таблице 24.
Использование биофакторов и, в первую очередь варианта с совместной заделкой соломы и сидератов, способствовало повышению массы 1000 семян яровой пшеницы в сравнении с минеральным фоном. Преимущество биофакторов перед минеральным фоном проявилось и по отношению показателя стекло-видности семян. Однако, существенных изменений содержания клейковины в зерне по вариантам опыта не произошло. В целом, вся пшеница, полученная в опыте, соответствовала II группе качества.
Таким образом, можно назвать следующие предварительные выводы: использование биофакторов способствует более рыхлому сложению почвы по сравнению с минеральным фоном; биофакторы способствовали существенному росту накопления продуктивной влаги почвы по сравнению с минеральным фоном; за счет повышения конкурентной способности культурных растений по биологическим средствам происходило снижение засоренности; использование биофакторов способствуют более низкому уровню распространенности болезни, чем, если используется внесение только минеральных удобрений; сравнительно большая урожайность яровой пшеницы и качество полученного зерна по пласту многолетних трав отмечается при использовании совместной заделки соломы и сидератов под покровную культуру.
