Повышение эффективности парового клина на основе применения факторов биологизации земледелия Потаракин Сергей Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1. Влияние различных видов биологизации севооборота на плодородие почвы и ее агрофизические свойства .

1.1. Биологизация земледелия (общие вопросы) 7

1,2.Севооборот как фактор биологизации 10

1.3. Сидеральные культуры как фактор биологизации земледелия 16

1.4. Плодородие почвы и пути ее повышения 22

1.5. Агрофизические свойства и пути их улучшения 29

1.6. Засоренность как фактор снижения продуктивности севооборота . 40

1.7. Урожайность как результат действия факторов биологизации 44

2. Условия и методика проведения исследований 46

2.1 .Климатические условия 46

2.2. Почвенные условия 48

2.3 .Погодные условия 51

2.4.Схемы опытов, методы исследований 55

3. Эффективность сидеральных культур в регуляции агрофизических свойств почв 58

3.1. Плотность почвы. 58

3.2. Пористость почвы 61

3.3 .Влажность почвы. 64

4. Исследование агрохимических свойств почв при использованием сидератов . 67

4.1. Содержание доступного фосфора и калия в почве в среднем . 67

4.2. Реакция почвенной среды. 69

4.3. Содержание гумуса 71

4.4. Биологическая активность почвы 73

5. Засоренность посевов при использовании различных видов паров . 76

6. Урожайность сельскохозяйственных культур и оценка его качества 84

6.1. Урожайность как индикатор последействия сидеральных культур.

6.2. Оценка качества продукции в агроэкосистемах 87

7. Экономическая и энергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы

Выводы 100

Список литературы 102

Приложения 118

• Сидеральные культуры как фактор биологизации земледелия
• Засоренность как фактор снижения продуктивности севооборота
• Содержание доступного фосфора и калия в почве в среднем
• Урожайность сельскохозяйственных культур и оценка его качества

Введение к работе

Актуальность темы. Одним из факторов окультуривания почвы в земледелии России является наличие в севооборотах паровых звеньев. Паровое поле по-прежнему остается основным местом для проведения мелиоративных и агрохимических мероприятий, очищения почвы от зачатков вредителей и сорняков.

Одним из основных недостатков современного земледелия является недооценка возможностей биологических факторов в обеспечении устойчивого функционирования агроэкосистем. Его осознание привело к необходимости разработки систем земледелия на основе интенсификации биологических факторов. Вместе с тем основной проблемой парования является высокий уровень минерализационных процессов. В связи с этим вопрос о повышении эффективности парового клина должен решаться на основе общей концепции биологизации земледелия, основным принципом в которой является максимальная сбалансированность синтеза и разложения органического вещества в агроэкосистемах.

Решение этой проблемы предполагает уменьшение величины разомкнутости круговорота веществ и энергии в агроценозах путём вовлечения в этот круговорот максимально возможного количества образовавшейся фитомассы. Её практическое осуществление связано с решением многих вопросов, касающихся изменения свойств почвенной среды при внесении в неё остатков растений различных видов и различными способами.

Цель и задачи исследований. Цель исследований: разработать направления повышения эффективности парового поля в звене полевого севооборота на основе использования наиболее доступных факторов биологизации земледелия. В исследованиях решались следующие задачи:

1. Изучить общие закономерности формирования плодородия почвы при различных способах использования биомассы сельскохозяйственных культур на удобрение;

2. Определить влияние сидерации и пожнивных остатков на плодородие

почвы, рост и развитие культур в звене севооборота пар - озимая пшеница — картофель;

3. Изучить изменение характера влияния этих культур на агрономические
свойства почвы в процессе разложения фитомассы;

4. Изучить удобрительную ценность различных предшественников
сельскохозяйственных культур при использовании их в качестве сидерального
удобрения.

Основные положения, выносимые на защиту.

І.При использовании вегетативной массы на удобрение необходимо соблюдение принципа адаптивности, так как ее удобрительная ценность зависит от массы накопления при соответствии местным почвенно-климатическим условиям и перспективной структуре посевных площадей конкретного хозяйства.

2.Формирование посевного слоя в севообороте с использованием сидерации и пожнивных остатков на удобрение должно осуществляться на основе биологической и хозяйственно - экономической целесообразности . использования в севообороте тех или иных культур.

3.Экологическая роль негумифицированных растительных остатков в почвенной среде заключается в замедлении минерализации гумусового фонда почвы путём изменения направленности почвенных биологических процессов в сторону преимущественного разложения свежей органики.

4. Научно-обоснованное использование пашни базируется на знании влияния сидерации и пожнивных остатков в качестве предшественников для основных сельскохозяйственных культур, возможности их применения для оптимизации плодородия почв, а также агрофизических и агрохимических свойств.

Научная новизна исследований. Получены новые данные по эффективности вносимого в почву органического вещества и его влияния на показатели плодородия почвы и продуктивность культур. Приведены новые

данные по сравнительной эффективности замены в четырехпольном полевом севообороте чистого пара как сидеральным, так и занятым паром с использованием в качестве сидерата пожнивных и корневых остатков люпина, однолетних трав и горчицы.

Практическая и теоретическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в ее направленности на совершенствование систем земледелия Центральной России в направлении снижения вредных антропогенных воздействий и полного использования биологических факторов.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно - теоретических конференциях молодых учёных и специалистов (Орёл, 2002-2004 гг.) на заседаниях кафедры.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работ.

Автор выражает благодарность доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.Т. Лобкову за постоянную помощь и поддержку на всех этапах проведения исследований и написания работы; кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Н.К. Кружкову за его помощь в работе.

1. ПРОБЛЕМЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ почвы В БИОЛОГИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ. (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Биологизация земледелия: общие вопросы.

В последние годы в системе земледелия наметилась тенденция к биологизации отрасли.

Существует несколько систем земледелия основанных на использовании различных факторов биологизации, полном отказе или минимализации применения химических препаратов защиты растений и минеральных удобрений [198].

При этом исходят из того, что использование преимущественно биологических факторов должно привести к некоторому уменьшению затрат антропогенных ресурсов (в первую очередь минеральных удобрений) на производство единицы растениеводческой продукции.

Целью интенсификации и максимализации использования биологических факторов являются не только обеспеченность растений земными факторами жизни, но и предотвращение, устранение или существенное ослабление отрицательных последствий использования средств химизации [125].

На наш взгляд, биологизация земледелия не должна полностью исключать использование минеральных удобрений и химических средств защиты. Это лишь способ снижения их доз и повышение агрономической, энергетической и экономической эффективности вносимых минеральных источников энергии. Для получения запланированного урожая недостающую часть питательных элементов необходимо дополнить удобрениями и применять их локально, в рядки при посеве, в корневую подкормку по результатам диагностики, строго соблюдать рекомендованные нормы, сроки, способы и соотношения азота, фосфора и калия с добавлением микроэлементов.

8 Следовательно, только комплексное проведение всех работ, начиная от

умеренной химизации и кончая внедрением элементов биологизации

земледелия, позволит получать устойчивые высокие урожаи

сельскохозяйственных культур и сохранить плодородие почв для будущего

поколения. [6,120].

Биологизация подразумевает рассмотрение различных вопросов земледелия через призму экологического подхода. Применение экологической системы связано с заботой об окружающей среде. Основой этой системы является жесткое ограничение применения пестицидов и гибкое отношение к вопросу о минеральных удобрениях. Также разрешено использовать водорастворимые формы, но с учетом гранулометрического состава почвы и других условий или полный отказ от применение легкорастворимых химических удобрений. Однако, основным удобрением является органическое, как «специфический» источник питания растений. Также большое значение имеет обработка почвы, которая должна способствовать повышению ее биологической активности [181,198,199,200].

Таким образом, биологизированные технологии возделывания сельскохозяйственных культур при имеющемся на настоящий момент потенциале минеральных удобрений и средств защиты растений от сорняков и вредителей могут обеспечить получение достаточно высокого уровня экологически чистой, биологически полноценной продукции, сохранить плодородие почвы и окружающую среду [120].

В биологическом земледелии почва рассматривается как живой организм с очень высокой чувствительностью на химико-техногенное вмешательство. Все агротехнические меры биологического земледелия сконцентрированы на почве, активном уходе за ней, сохранении и улучшении плодородия. Почва является «экосистемой в экосистеме», т.е. обладает высоким уровнем автономности протекающих в ней процессов накопления элементов питания и их поступления в почвенный раствор, где они становятся ресурсом, используемым растениями.

Если в традиционном земледелии удобряют растения, а не почву, то в

биологическом наоборот - почву, а не растение, с тем, чтобы способствовать нормальному протеканию в почве биологических процессов. Один из основных тезисов биологического земледелия гласит: «Отмирающее должно стать основой новой жизни...». Звеном, передающим элементы питания из остатков отмирающей органики растительного и животного происхождения, а также из внесенных органических удобрений в растения служат почвенные микроорганизмы. [7, 41, 66, 109, 165].

Почти полное прекращение работ по воспроизводству и повышению плодородия земель во всех регионах России привело к тому, что почва, как естественная саморегулирующаяся система биосферы, не справляется с современной антропогенной нагрузкой. Идет быстрое нарастание процессов деградации почв, резкое снижение их плодородия. По этой и другим причинам, за последние годы, из сельскохозяйственного оборота уже выведены большие площади пашни. [14].

Экосистема почвы живет своей внутренней жизнью, которая лишь характеризуется человеком в процессе управления всей агроэкосистемои и плодородием пахотных почв. Вмешательство человека в жизнь почвы, даже наиболее активно используемой и вовлеченной в пашню, должно быть экологически корректным. Только в этом случае нам удастся сохранить плодородие почв и тем самым обеспечить продовольственную безопасность как элемент построения общества устойчивого развития [108, 109, 185, 186, 187].

В свою очередь биологизация земледелия включает в себя понятие максимального использования биологических факторов в системе земледелия, а также снижает антропогенные нагрузки на почву. Поэтому приемы биологизации должны быть увязаны с другими блоками системы земледелия, среди которых очень важным является почвозащитный комплекс.

Понятие почвозащитный комплекс нередко отождествляют с противоэрозионным комплексом, что сужает проблему охраны почв. Ведь

10 деградации почвенного покрова происходит не только из-за эрозии и

дефляции, но и вследствие потерь гумуса, утомления, загрязнения и т.п.

Уровень биологизации земледелия определяют конкретные хозяйственные и природные условия [91].

Также биологизация открывает большие возможности для минимализации обработки почвы, предотвращения или снижения техногенной деградации почвы, сокращение энергозатрат и потерь почвенной влаги.

Многочисленными исследованиями установлена эффективность минимальной и нулевой обработок почвы. Минимальная обработка почвы, наряду со снижением затрат энергии обеспечивает защиту почв от эрозии, способствует сохранению влаги. Поэтому ее называют почвозащитной и энергосберегающей, а в последующее время и «консервирующей».

Одна из современных тенденций развития минимальной обработки почвы - это экономический фактор, так как чем меньше и мельче обрабатывать почву, тем это обходиться дешевле. По этой причине даже в тех случаях, когда при минимальной обработке почвы нет прибавки урожая, она предпочтительнее, чем отвальная обработка [13, 102, 115, 145, 162].

Поэтому очень важно дальнейшее расширение и углубление зональных исследований по оптимизации систем обработки почвы в сочетании с системами удобрений.

Обеспеченность экологически безопасными современными системами земледелия и повышения их экономической эффективности — важнейшие актуальные задачи агрономической науки. Решение их, прежде всего, связано с биологизацией земледелия и энергосбережением [72, 126, 159].

Интенсивное использование факторов биологизации способствует повышению их экологической и экономической эффективности в системе земледелия, путем использования органических удобрений, сокращения воздействия антропогенных факторов, и как следствие, повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Приведенный небольшой аналитический обзор по вопросу биологизации земледелия и, как следствие, повышения плодородия почвы показывает, что все исследователи едины во мнении необходимости проведения работ по биологизации, полном использовании ее факторов, как в отдельности, так и в системе. Это наиболее доступный и дешевый путь, с экономической точки зрения, к восстановлению плодородия почв, снижению загрязнения окружающей среды средствами химизации, повышению урожайности сельскохозяйственных культур, и получению экологически чистой продукции, а, следовательно, безопасных для здоровья продуктов питания.

1.2. Севооборот как фактор биологической интенсификации

Чередование посевов различных культур осуществляется с начала применения примитивных систем земледелия, но особенно четким оно стало при плодосменной системе земледелия. Смена растений постоянно осуществляется и в природе. Она происходит в связи с изменением климата, а также благодаря варьированию погодных условий по годам или в течение года [63].

Под севооборотом принято понимать научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур и паров в пространстве и во времени. Однако понятия продуктивности, структуры, почвозащитной и природоохранной направленности севооборота и т.д. скорее относится к реально-существующим системе и объекту. Это противоречие снимается, если рассматривать севооборот с экологической позиции, как агроэкосистему высшего уровня организации с преимущественно созданным человеком составом флоры и фауны, своеобразным типом использования продуцируемой органической массы, упрощенным характером связи между компонентами в зависимости от агроландшафта и почвенно-климатической зоны возделывания культур [132].

Исследования Курганского НИИ зернового хозяйства помогли сделать основной концептуальный вывод по многолетним результатам опытов — даже в пределах одной почвенно-климатической зоны не может быть раз и навсегда

12 установленных единственно верных форм использования земли, структуры

посевов и севооборотов. Они должны быть дифференцированы от конкретных

природных и хозяйственных условий. В настоящее время, когда, минеральные

удобрения для многих хозяйств стали недоступны, на полях также должны

доминировать зернопаровые севообороты [122].

В свою очередь исследования Курской ГСХА показали, что суммарная продуктивность сельскохозяйственных культур, выращиваемых в севообороте, в меньшей степени зависит от погоды, так как недобор урожая одних культур в годы неблагоприятные для их роста, компенсируются увеличением урожайности других, для которых эти погодные условия благоприятны [143].

Очень важен состав и чередование культур в севооборотах на принципах плодосмена, так как без этого немыслимо получение высоких и стабильных урожаев, а также эффективная борьба с болезнями и вредителями важнейших сельскохозяйственных культур, не только в отдельно взятой области, но и во всех странах, где ведется активное производство сельскохозяйственных культур [27, 91, 137].

Более высокая эффективность плодосмена перед бессменными посевами - частное применение закона оптимума, минимума и максимума, которое заключается в следующем: урожайность при научно-обоснованном чередовании сельскохозяйственных культур на основе плодосмена выше, чем при бессменном или бессистемном их возделывании, т.к. севооборот устраняет (оптимизирует) факторы ограничения урожая или снижения его качества. Из этой закономерности вытекают следующие положения.

1. Общая задача севооборота - устранение (оптимизация) факторов, ограничивающих урожайность культур.

2. Если чередование культур позволяет оптимизировать фактор, ограничивающий урожайность, то прибавка от севооборота будет тем выше, чем дальше от оптимума находится величина регулирования фактора.

13 В годы с недостаточным увлажнением роль научно обоснованного

севооборота в повышении урожайности значительно выше, чем в годы более

благоприятные по увлажнению. Так же в научно-обоснованном севообороте

уровень урожайности зависит и от использования органических удобрений [63,

67].

Использование сидератов и нетоварных частей урожая на удобрения, применение органических удобрений, интенсивная и ассоциативная азотфиксация все эти факторы направлены на уменьшение величины разомкнутости круговорота веществ и энергии в агроценозах.

Сущность этого процесса заключается в максимальном применении средств, позволяющих уменьшить эту степень разомкнутости круговорота веществ и энергии в системе «почва-растение». Прежде всего, при этом, используется средовостанавливающая способность культур. Биологизация земледелия предусматривает максимально возможный возврат органических веществ в почву [15, 75, 104].

При этом возврат во многом осуществляется путем имитации взаимодействия между почвенной средой и фитоценозом в естественных условиях.

В биологизированных вариантах увеличивается поступление в почву фитомассы, имитирующей опад в естественных фитоценозах, а чередование различных по биологии культур - многокомпонентный характер воздействия на почву естественных растительных сообществ, характеризующихся большим количеством видов.

Таким образом, каждый вариант характеризуется различным уровнем приближения условий функционирования данной агроэкоситемы к таковым в естественной экосистеме, неодинаковой степенью разомкнутости круговорота веществ и энергии, и различным способам ее уменьшения [125].

Аналогичную систему поддержания плодородия применяют и за рубежом. Так в Швеции и Швейцарии, а также ряде других странах взяли на

14 вооружение органо-минеральную систему обработки, основанную на теориях

X. Руша и X. Мюллера.

В основе системы лежит стремление к созданию «живой и здоровой почвы» за счет поддержания и активизации деятельности ее микрофлоры. Хозяйство, использующее данную систему, базируется на принципах баланса питательных веществ, подражая природной экосистеме. Поля долгое время должны быть заняты растительностью, пожнивные остатки следует заделывать в верхний слой почвы, в севообороте возделывать бобово-злаковые травосмеси [182, 199]. Важно применять только органические и некоторые минеральные, медленно растворимые удобрения. Таким образом, удобряют не растение, а почву, которая «порождает здоровые растения». Указанные методы в сочетании с мелкой обработкой почвы создают, по мнению сторонников системы, благоприятные условия для развития микроорганизмов, которые обеспечивают питание растений [181, 199].

Живые организмы - обязательный компонент почвы. Основная их часть -микроорганизмы. Почвенные микроорганизмы разрушают отмершие остатки растений поступающих в почву, некоторые микроорганизмы усваивают азот атмосферы и обогащают им почву, способствуют перемещению веществ по профилю, перемешиванию органической и минеральной части почвы, некоторые микроорганизмы способны оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры. Также почвенные микроорганизмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную для растений форму [148].

Очень важное условие при этом - строгое соблюдение севооборотных требований, поиск вариантов с более разнообразным набором культур; чем больше чередование различных по биологии культур в севообороте, тем лучше физиолого-биохимический состав почвенной среды, тем выше уровень эффективности плодородия почвы. Снижение набора возделываемых культур

15 приводит к повышению уровня почвоутомления. Почвоутомление, как

известно, является фактором ускорения физико-химической деградации почв.

Для решения этого вопроса необходимо расширение набора возделываемых культур на землях интенсивного использования с использованием сидерации и почвозащитных мероприятий.

Таким образом, применение факторов биологизации земледелия в почвозащитном земледелии должно быть увязано с задачами дифференциального использования пашни в соответствии с противоэрозионными требованиями. В этом случае их использование позволит не только реализовать возможности, имеющиеся на землях различной интенсивности использования для производства экологически чистой продукции, но и обеспечить направленность комплекса мер биологической характеристики на предотвращения деградации почвенного покрова [91].

В последнее время идеи В.В. Докучаева о сбалансированности природопользования в сельском хозяйстве на основе ландшафтного подхода стали основой для разработки новых эколого-ландшафтных систем земледелия.

В свою очередь, обострившиеся экологические проблемы требуют изменения применяемых агротехнологий. Основа таких технологий - научно-обоснованный севооборот, максимально адаптированный к почвенно-климатическим условиям и необходимость следования севооборотам с достаточной долей почвовостанавливающих культур, а также ролью бобовых как потенциальных азотфиксаторов.[35, 139, 143, 151, 165].

Поэтому севооборот сохраняет свою незаменимую роль в современном земледелии. Особенно это проявилось в последнее время в связи с появлением многих отрицательных последствий интенсивного применения минеральных удобрений и пестицидов [21].

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что очень важна максимальная биологизация севооборота. Она позволит существенно уменьшить техногенную нагрузку на агроландшафт. Биологизация севооборота осуществляется прежде всего за счет повышения коэффициента использования

пашни путем максимального насыщения промежуточными культурами, обычно сидератами, увеличении доли бобовых, расширении видов и сортов полевых культур.

Чередование культур на конкретном поле обеспечивает перераспределение факторов жизни растений во времени (влаги, элементов минерального питания). Поэтому правильная адаптация систем севооборотов к особенностям ландшафта - решение условной эффективности и рационального использования ресурсов урожайности.

Севооборотные требования должны быть определяющими при установлении удельного веса отдельных культур в структуре посевов, а не наоборот.

Системы севооборотов могут и должны служить надежным фактором повышения устойчивости земледелия, сбалансированных агроландшафтов. Для этого, прежде всего, необходимы постоянные усилия по обеспечению агротехнического обоснования севооборотов с учетом местных условий [3, 50, 116,138,177].

Потребность всех без исключения культур севооборота в азоте обеспечивается за счет его фиксации бобовыми культурами и однолетними бобово-злаковыми смесями, которые должны являться неотъемлемой частью севооборотов при возделывании сельскохозяйственных культур.

Как показали расчеты исследователей Татарского НИИСХ 1кг. биологического азота обходится в 8 раз дешевле, чем 1 кг азота промышленных туков.

Говоря о факторах биологизации нельзя не сказать о традиционной бобовой культуре — горохе, который за счет симбиотической деятельности с клубеньковыми бактериями полностью покрывающими вынос азота с урожаем даже оставляя для последующих культур севооборота, что позволит снизить долю азотных удобрений в севообороте на 15-20% без ущерба продуктивности возделываемых культур. Поэтому он является прекрасным раноубираемым

17 предшественником озимой пшеницы и других культур. Горох является, кроме

этого, источником белка для человека и животных [35, 154].

Выбор этого предшественника обеспечивает продуктивное использование зональных почвенно - климатических ресурсов и воспроизводства плодородия почвы.

Сидеральный пар (с участием бобовых) способствует аккумуляции гумуса и служит хорошим предшественником для озимой пшеницы. Кроме того, он создает более лучшие условия для развития дождевых червей, чем, например, предшественник картофель [94].

1.3. Сидеральные культуры как фактор биологизации земледелия

Биологизация земледелия направлена на поддержание и активизацию естественных процессов в природе и здесь немалая роль принадлежит зеленым растениям, предназначенным для восстановления утрачиваемого почвой плодородия. В связи с этим, не менее важным направлением биологизации является широкое использование, в качестве органического удобрения, сидеральных культур, являющихся также и довольно дешевыми по сравнению с минеральными удобрениями [58].

Они являются неисчерпаемым, постоянным источником пополнения пашни органическим веществом, а за счет бобовых культур - сидератов — и биологическим азотом.

Под влиянием зеленых удобрений значительно улучшается водно-физические, биологические и химические свойства почвы. При специализации и концентрации растениеводства, сидераты выполняют фитосанитарную роль — снижают засоренность и поврежденность болезнями и вредителями возделываемых культур, а также до минимума уменьшают водную и ветровую эрозии почвы и предотвращают миграцию элементов питания в глубокие слои почвы.

Зеленые удобрения после запашки обеспечивают микрофлору, а потом и растение необходимыми элементами питания равномерно на протяжении всего

18 вегетационного периода, что положительно влияет на улучшение качественных

показателей выращиваемой продукции.

Дешевизна сидерации и высокая ее эффективность способствует снижению затрат энергоресурсов и себестоимости возделываемых культур

Так, исследования в Курской, а также и в Орловской области показали, что сидеральные пары не только повышают плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, но и надежно защищают почву от эрозии, улучшают экологическую обстановку и позволяют получать биологически чистую продукцию [18, 43, 44, 45, 58, 65, 85, 119, 143, 147, 194, 197].

Ряд исследователей [78, 83, 84, 156] рассматривают зеленое удобрение, прежде всего, как источник питательного вещества, и считают, что внесение в почву быстро разлагающейся свежей растительной массы, богатой белками и углеводами, резко стимулирует жизнедеятельность микрофлоры, и не только увеличивает запас гумуса, но, наоборот, вовлекает в процессы минерализации часть гумусовых веществ самой почвы, т.е. снижает его содержание.

Противоречивость результатов исследований влияния сидератов на содержание в почве гумуса обуславливается многими причинами, но, прежде всего, различием почвенно-климатических и агротехнических условий, которые определяют интенсивность разложения органического вещества зеленых удобрений [33].

Сидеральные пары являются обязательным атрибутом в структуре посевных площадей при биологизации земледелия. Возделывание сидеральных культур особенно эффективно на дальних полях с низким плодородием почв. Эффективность сидератов зависит от урожая зеленой массы и своевременной заделке ее в почву. Запашка сидератов (25-3 От/га) на местах произрастания равнозначна по эффективности внесению 30-50 т/га подстилочного навоза [6, 16, 173, 196].

Таким образом, выращивание сидерата и заделка его в почву, особенно на дальних (более 5 км) полях почти в два раза дешевле, чем заготовка, вывозка и внесение эквивалентного количество навоза, в четыре раза дешевле, чем

применение минеральных удобрений. Продолжительность действия зеленых

удобрений варьирует в зависимости от типа почвы. Так на песчаных почвах сидераты действуют 3-4 года, а на темно-каштановых всего 2-3 года [82, 106, 110,173].

Д.Н. Прянишников (1963) в своем, ставшем классическим, учебнике по агрохимии, сидерат рассматривает в разделе азотных удобрений, тем самым как бы подчеркивая, что заделка в почву бобовых растений на зеленое удобрение может использоваться, прежде всего, для увеличения прихода азота в земледелии и улучшения условий азотного питания возделываемых культур.

И.В. Тюрин (1956) на основании большого исследовательского материала по разным почвенным зонам страны установил четкую связь между колебаниями содержания в почве гумуса и общего азота. Количество общего азота под влияние зеленых удобрений повсеместно изменялось в течении ротации аналогично гумусу.

Исследования, проведенные на выщелоченных черноземах Краснодарского края, показали, что зеленые удобрения оказали многостороннее положительное воздействие на элементы плодородия, в частности на оструктуривание почвы обусловленное структурообразующим воздействием биомассы и положительным влиянием на содержание органического вещества в почве. При раннем сроке запашки фитомассы запас влаги в почве не уступает черному пару, как в пахотном, так и в метровом слое [19].

Еще в 1948 году наблюдения, проведенные на опытном поле Тимирязевской сельхозакадемии Е.А. Алексеевым, показали, что водопрочность структурных агрегатов почвы на поле, получившем зеленые удобрения, не уступало унавоженному при внесении 40 т/га. А данные, полученные в 1957 году, указывают, что зеленое удобрение оказывало положительное влияние на агрегатный состав почв [4, 5].

По утверждению В.Д. Голубева (1987), водопрочных агрегатов после зеленых удобрений образовалось больше, чем после навоза, а после отмирания корневых

20 систем сидератов увеличивался относительный объем свободных промежутков между

структурными отдельностями.

Успех применения зеленых удобрений зависит от правильного выбора сидеральной культуры [24].

Высокую агрономическую ценность бобовых сидератов в восстановлении почвенного плодородия связывают также с биологическим оздоровлением почвы в результате положительного воздействия запашек, богатой легкодоступными веществами свежей растительной массы, которая стимулирует развитие и активизацию жизнедеятельности полезной микрофлоры и в ограничении азотосодержащих соединений с образованием легкогидролизуемых аммиачных и нитратных форм [26,113, 114].

Возделывание сидератов не только повышает продуктивность сельскохозяйственных культур, но и значительно снижает энтомо-фитопатогенную напряженность севооборота.

В качестве сидерата в нечерноземной зоне нужно широко использовать люпин, способный накапливать высокую урожайность биомассы (до 60-100 т/га). Кроме этого, также обладая рядом преимуществ: он не требователен к условиям произрастания и дает хорошие урожаи даже на кислых лессовых почвах; не требует внесение азотных удобрений, сам обогащает почву биологическим азотом (одновременно с биомассой поступает от 100 до 240 кг дешевого, экологически чистого азота). Благодаря глубоко проникающей стержневой системе люпин выступает как мощный биологический рыхлитель, улучшающий структуру и водный режим почвы, предотвращает проявление водной и ветровой энергии. Однако, основная и важнейшая роль люпина -восстановление нормального цикла органического вещества и азота в почве.

Обычно используется на удобрения в паровых полях в двух основных вариантах: запахивание в почву всей биомассы и запахивание только пожнивно-корневых остатков при уборке зеленой массы на корм. Превышает действие навоза и равноценного влияния полной дозы минеральных удобрений;

21 действие пожнивно-корневых остатков не уступает действию навоза, не требует

дополнительного внесения минеральных удобрений.

Таким образом, из всех зернобобовых культур, возделываемых в Нечерноземной зоне, люпин обеспечивает наибольшую аккумуляцию питательных веществ в биомассе. Люпиновые удобрения (зеленая масса, солома или пожнивно-корневые остатки) — наиболее дешевое и экологически чистое из всех органических удобрений. Возделывание люпина в севообороте позволило снизить энергозатараты (топливо, минеральные удобрения) [53, 96, 146].

На Новозыбской опытной станции после двух ротаций четырехпольного севооборота с люпиновым паром содержание гумуса в пахотном слое рыхлых песчаных почв увеличилось с 0,33% по унавоженному пару до 0,69% в люпиновом пару. На супесчаных почвах той же опытной станции в результате применения зеленых удобрений количество гумуса в пахотном слое увеличилось с 0,45 до 0,87% [179].

По эффективности влияния на урожайность озимой пшеницы люпиновые и гороховые сидеральные пары ни чем не уступают донниковому и унавоженному чистому пару [ 143].

Кроме люпина, в этой зоне хорошо себя зарекомендовали для использования на зеленое удобрение горчица белая, однолетние травы (вико-овес, пелюшка с ячменем и др.) [53].

Возделывание крестоцветных культур и запашка органической массы этих культур в условиях Подмосковья по эффективности равноценна внесению торфонавозных компостов. Урожайность зерновых возрастает на 3-4ц/га.

Между тем сидеральная масса горчицы белой также могла бы стать одним из источников органики, что связано с ее биологическими особенностями.

Семена этой культуры прорастают уже при температуре почвы 1-2С, а всходы хорошо переносят заморозки до 5-6 С. Растение быстро наращивает зеленую массу и запашку сидерата можно проводить уже в середине июня.

22 Горчица имеет высокую семенную способность, что значительно снижает

затраты на сидерацию.

Замена чистого пара сидеральным связана с затратами влаги на формирование урожая горчицы, но ее расход значительно меньше, чем в занятых парах. Запасы влаги в метровом слое почвы перед посевом озимых были наиболее высокими в паровом поле, второе место по запасам влаги занимает сидеральныи горчичный пар, наименьшее количество накопил занятый викоовсяной пар. Запасы влаги, накопившиеся по сидеральному пару, обеспечивают хорошие всходы и нормальное развитие озимых в осенний период.

После запашки сидератов и до посева озимых усиленно идет минерализация биомассы, и к периоду посева сидеральные пары значительно превосходят занятые по содержанию нитратного азота. В годы с достаточным увлажнением сидеральныи пар имеет преимущество над чистым.

Результаты исследования Тамбовского НИИСХ показали, что сидеральныи (горчичный) пар может служить источником органического вещества и ценным предшественником озимых [159].

Нашими исследованиями по возделыванию горчицы, люпина и однолетних трав также доказана эффективность применения их в качестве сидератов. Полученные данные свидетельствуют о том, что накопленная вегетативная масса является одним из основных источников пополнения запасов органического вещества почвы, повышение активности почвенной микрофлоры, а также регулятором агрофизических показателей почвы.

1.4. Плодородие почвы и пути ее повышения.

Вначале несколько слов о толковании понятия плодородие почвы. В последнем издании БСЭ, 1975 (т.20. -с.41) плодородие трактуется, как «... способность почвы обеспечить растение усвояемыми питательными веществами, влагой и возможность давать урожай».

23 В толковом словаре русского языка СИ. Ожегова плодородие почвы

означает ее способность производить богатую растительность, давать обильный

урожай. В современном научном издании это понятие существенно уточнено

(«плодородие почвы - это способность почвы удовлетворять жизненные

потребности в соответствии с ее экологической спецификой, обусловленной

компонентами ландшафта», или «способность почвы в конкретных условиях

обеспечить оптимальный режим связывания растениями солнечной (световой)

энергии»). Очевидно, и эти формулировки требуют редакции, но бесспорно,

они значительно расширят смысл понятия и помогают пересмотреть роль

плодородия почвы в современных условиях [28, 29, 60].

Плодородие почв - это интегральная характеристика не только «здоровья» почвы, но и «здоровья» всей сельскохозяйственной экосистемы. Плодородие— неотъемлемое качество почвы. Лишённая этого качества она перестаёт быть почвой [1,2, 107].

Чем плодороднее почва, тем успешнее она справляется со своими функциональными обязанностями, будь то обеспечение растений земными факторами жизни, разложение продуктов антропогенной деятельности, поддержание баланса в круговороте веществ и энергии и др. [92, 109]. Но почва не только субстрат для питательных веществ и влаги, а биологически активная среда, обладающая специфическим обменом веществ, во многом сходным с обменом веществ у живых организмов [69, 136, 152, 166 ].

Органическое вещество, как компонент плодородия почвы в связи со своей особой ролью в почвообразовании и системном воздействии, буквально на все факторы жизни почвы и растений, является важнейшим фактором эффективности земледелия [40, 73, 74, 98].

Ключевой проблемой в биологическом земледелии является воспроизводство плодородия почвы, основа которого— пополнение ресурсов органического вещества. В связи с этим особенно актуальным становится использование в качестве ресурсов органики не только навоза, но и других

24 источников, в том числе и побочной продукции возделываемых культур [54, 55,

77, 88, 93, 99, 105, 167, 174, 193, 195].

Современные проблемы регулирования плодородия почв основываются на осознании мировым сообществом того, что человечество должно перейти к новой модели развития, при которой потребности нынешнего и будущего поколений будут удовлетворяться при максимальном сохранении окружающей среды. В рамках этой морали проблема регулирования плодородия почв является одной из главных. Сопоставление фактического состояния с оптимальным позволяет целенаправленно регулировать плодородие почв с помощью многих факторов.

Основными современными приемами регулирования плодородия почв в России можно назвать следующие:

3. Оптимальная, для соответствия почвенно-климатических условий, структура посевных площадей.

4. Научно обоснованный севооборот, обеспечивает повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур, защиту почв от водной и ветровой эрозии, а также улучшение биологических показателей плодородия почв.

5. Рациональная обработка почв, направленная на максимальное накопление и сохранение влаги, гумуса и питательных веществ, создание благоприятного биофизического состояния и защиту почв от эрозии.

6. Научно обоснованная система применения органических и минеральных удобрений, обеспечивающая положительный баланс гумуса и питательных элементов в почве.

7. Применение в современных зональных системах земледелия, машин и рабочих органов, обеспечивающих почвозащитный характер проведения всех агротехнических мероприятий [127].

Плодородие почвы следует рассматривать как результат
функционирования, прежде всего, биологических циклов

25 почвообразовательного процесса и ведущим фактором почвообразования и

развития плодородия на современном этапе являются высшие растения [31].

Проблема воспроизводства почвенного плодородия стояла перед человеком с самого начала его земледельческой деятельности. На разных этапах развития общества острота этого вопроса проявлялась неодинаково и методы его решения были различными. Неизбежность целенаправленной работы по воспроизводству почвенного плодородия очень убедительно звучит в высказываниях Юстаса Либиха, что «...цивилизации процветают и гибнут со своей почвой ...»[168].

Известно, что в естественной экологической системе биологическая масса не отчуждается с занимаемой ими площади. В результате в почве и ее поверхности накапливаются органические вещества, значительной частью в форме гумуса почвы. В агроэкосистеме под влиянием эрозии почвы под влиянием большинства культур, особенно пропашных, с их урожаями отчуждается с полей гораздо больше органических веществ, чем остается их в виде растительных остатков. В связи с этим поддержание на исходном уровне, а тем более повышение плодородия почвы невозможно без возврата части элементов зольного и азотного питания растений в виде различных удобрений. Вместе с тем необходимы такие почвенные условия, при которых обеспечивалась бы возможность гумификации растительных остатков и вносимых органических веществ [86].

Для восстановления плодородия почвы применяли и применяют различные системы земледелия: залежную (переложную, подсечную, огневую), паровую и паропропашную (русское трехполье с чистым паром), плодосменную (плодосмен, с полем клевера), сидеральную, травопольную и другие. При всех этих системах восстановление плодородия связано с воспроизводством органического вещества, гумуса: в одних случая за счет увеличения поступления в почву растительных остатков (при возделывании в севообороте клевера, запашке сидератов), в других — за счет внесения навоза под пар и другие культуры.

26 Запас гумуса - один из главных показателей определяющий качество

земель. Гумус и органическое вещество почвы находится в равновесии с

экологическими условиями, но при распашке почв и использование их под

посевами сельскохозяйственных культур эти условия в значительной мере

изменяются. Почва утрачивает основные черты гумусообразования целинных

земель, минерализация гумуса начинает преобладать над его образованием.

Поэтому основная задача современного земледелия - приостановить

сокращение запасов гумуса в почве, обеспечить бездефицитный баланс

органического вещества [168, 175, 184].

В свою очередь, увеличение содержания гумуса в почве повышает ее поглотительную способность и снижает потери элементов питания. Велика роль гумуса в формировании агрономической структуры почвы, оптимизации ее водно-воздушного и биологического режимов.

В экстенсивном земледелии, то есть при выращивании растений без удобрений или при их низких дозах, существует прямая зависимость урожая от содержания гумуса в почве [54].

Обосновывается выделение трех градаций содержания гумуса: минимальное, оптимальное и максимальное. Оптимальное содержание гумуса позволяет осуществить биоклиматический потенциал и получить программируемый урожай. Максимальное - это такое, которое не растет даже при использовании повышенных доз органических удобрений. При минимальном содержании почва практически перестает терять гумус, который целиком представлен консервативной формой, прочно связанный с минеральной частью почвы. Эта часть гумуса очень слабо минерализуется, поэтому дальнейшая его убыль практически не возможна. Минимальное содержание гумуса характерно для «выпаханных» почв. Та часть гумуса, которая превышает минимальное содержание, представлена более лабильными формами, оказывающими существенное влияние на эффективное плодородие почвы и урожай культур [51, 55].

27 Гумус в почве является основным аккумулятором энергии питательных

веществ, оказывает положительное влияние на ее биологические и химико-физические свойства. В сложных соединениях, содержащихся в гумусе, заключено 90% азота пахотного слоя, 60% фосфора, 80% серы и большое количество других макро- и микроэлементов, которые необходимы для питания растений, а также обуславливает влагоемкость, поглотительная способность и биологическая активность почв, эффективность применяемых средств химизации и продуктивности пашни. Сохранение и накопление гумуса в почвах является основой повышения их плодородия. Являясь не только основным источником пополнения запаса доступных растениям элементов минерального питания он служит буфером, снижающим негативное явление загрязнения почв [30, 87, 129].

Выделяют две основные причины естественной убыли гумуса, которые общеизвестны: это общее ухудшение экономического положения в хозяйстве, значительные и постоянно возрастающие затраты на использование удобрений, отсутствие надежных технических средств и, как продолжение - усиление минерализации органического вещества, ухудшение водно-физических свойств почв, потери в результате водной и ветровой эрозии. Исходя из сложившейся ситуации, ставятся задачи по разработке новых высокоэффективных энергосберегающих, безопасных технологий использования органических удобрений, поиска новых альтернатив более дешевых источников органического сырья [53, 128].

Технология вообще - способ использования плодородия почв, удобрений, сортов, техники и других ресурсов в конкретных природных и экономических условиях: это тактика агронома, фермера, любого хозяина на поле, так как технологии непрерывно меняются и совершенствуются.

Иначе говоря, плодородие почв - это основной капитал, базис урожая; технология - способы его использования и пополнения. При плохой технологии получают малую отдачу, при прогрессивной - большую.

28 Успешная реализация технологии напрямую зависит от предоставленной

программы исследований. Программа и технология решают одну задачу —

повышение (сохранение) плодородия почв, обеспечение оптимального питания

растений и получение на этой основе хорошего стабильного урожая

сельскохозяйственных культур. Поэтому их противопоставлять друг другу

никак нельзя [70].

Согласно этому в агроландшафтах должны быть внедрены такие технологии, в которых повышение плодородия почв не требовало бы специальных затрат, а являлось следствием мероприятий, направленных на повышение продуктивности агроценозов и защиту почв от различных видов деградации. Такая система земледелия предусматривает снижение потребностей внешних ресурсов и невозобновляемых источников энергии, максимальное использование возможностей самой агроэкосистемы. Повышение плодородия почв должно обеспечиваться, прежде всего, за счет органического вещества, созданного в растениеводстве и животноводстве [53].

О положительном влиянии биомассы культурных растений на плодородие почвы и продуктивность агроценозов имеется немало информации. Многие из исследователей эффект от использования побочной продукции на удобрение связывают с положительным её влиянием на режим органического вещества в почве, в частности на воспроизводство гумуса, являющегося одним из основных показателей плодородия почвы. В образовании почвенного гумуса принимают участие все компоненты растительных тканей, как устойчивые к микробиологическим воздействиям (лигнин, дубильные вещества и др.), так и легкоразлагаемые (гемицеллюлоза, углеводы и др.) [56, 61, 82, 135, 140, 163, 166, 171, 175, 188, 190, 191].

Ежегодное поступление растительных остатков является основным источником накопления органического вещества в почве. Один из важнейших приемов сохранения плодородия почв - применение органических удобрений за счет корневых и пожнивных остатков [20, 73, 87, 150, 172,].

29 Некоторые исследователи отмечают ведущую роль в гумусообразовании

устойчивость к микробиологическому разложению растительных метаболитов,

какими является лигнин, дубильные вещества и др. [153].

В настоящее время, вопросы влияния пожнивной сидерации на плодородие почвы и состояние посевов достаточно полно изучены. Пожнивная сидерация важнейший и эффективный прием усиления обмена в биологическом круговороте веществ дерново-подзолистой почвы, повышения коэффициента использования минерального азота, закрепления азота минеральных удобрений в почве, снижения непроизводительных потерь элементов питания, уменьшения засоренности посевов основных культур, севооборотов, улучшения питательного режима, структуры, значительного повышения биологической активности, улучшения фитосанитарного состояния посевов.

Особый интерес представляет изучение длительного и эффективного
действия зеленых удобрений, при применении которых создается медленно
отдающий (после минерализации) азот источник питательного вещества,
способствующий достаточным обеспечением растений этим элементом в
поздние фазы их развития, когда формируются качественные параметры
урожая (колошение, налив, созревание). \

Обобщенные результаты российских и зарубежных исследователей отражают то, что промежуточные посевы люпина на зеленое удобрение по своему действию на урожай и качество сельскохозяйственных культур не уступает удобрению навозом в дозе 30 т/га [17].

Одними из лучших сидеральных культур в условиях Курской области является люпин и горох кормовой. Они обеспечивают высокопродуктивной вегетативной массой ко времени их запашки (60-90ц/га сухого вещества). Запашка люпина и гороха соответствует внесению 36-3 5т навоза соответственно [143].

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что научно обоснованное построение зернового севооборота, правильный выбор оптимального предшественника, в сочетании с зеленым удобрением и

пожнивными остатками открывают новые перспективные возможности повышение продуктивности севооборотов и управление качеством зерна, выращиваемого в них

1.5. Агрофизические свойства и пути их улучшения

Одним из очень важных агрофизических показателей состояния почвы, характеризующей, в определенной мере, эффективное плодородие, является ее плотность. Значение плотности почвы в земледелии многообразно. От плотности почвы зависят водно-воздушный и тепловой режимы, а также микробиологическая активность. Каждая сельскохозяйственная культура предъявляет определенные требования к средней плотности почвы, которые меняются в течение вегетационного периода. Наиболее благоприятная, для данного растения, средняя плотность почвы называется оптимальной [118].

Установлено, что под оптимальной плотностью почвы следует понимать такое объемное соотношение твердой, жидкой и газообразной фазы, которое максимально удовлетворяет биологическим требованиям растений и помогает формированию их наивысшей продуктивности.

Почва состоит из трех частей или фаз: твердой, жидкой и газообразной. Для того, чтобы почва могла способствовать получению больших урожаев, необходимо, чтобы она обладала определенным строением. Строением пахотного слоя называется соотношение объемов, занимаемых твердой фазой почвы и различными видами пор.

Оно определяется механическим составом почвы, ее агрегатностью и взаимным расположением почвенных частиц и комков, т.е. сложением почвы. Строение почвы является важным показателем ее плодородия.

Плотность почвы, которая в значительной степени характеризует строение почвы, считается основным критерием оценки ее агрофизических свойств [31].

Растения одинаково плохо реагируют как на очень плотные, так и на рыхлые почвы. В излишне уплотненных чаще, чем в рыхлых, нарушается

31 воздухо- и газообмен, повышается содержание недоступной влаги, а для

усвояемой — практически не остается места [52].

Чрезмерно рыхлая почва не способна удерживать влагу, в ней нет необходимого контакта почвенных частиц с прорастающими семенами, а в дальнейшем - и с корневой системой растений. Таким образом, для нормального роста и развития растений нужен определенный уровень плотности почвы, хотя и неодинаковый для различных видов культур. Это же касается и других показателей физических свойств почвы.

Плотность почвы в летний период меняется не только под воздействием механических обработок, но и физических процессов, хотя и не столь существенно.

Набухание и усадка, особенно в верхних слоях, в зависимости от интенсивности осадков, могут повторяться, формируя низкий, средний и высокий уровень увлажнения. Например, в засушливое лето, изначально, оптимально уплотненная почва (при мелкой обработке), подвергаясь усадке, будет уплотняться еще больше, меньше испарять почвенную влагу и способствовать тем самым созданию более высокого урожая. Во влажный год, наоборот, та же оптимально уплотненная почва при набухании становится более рыхлой, формируя максимальный урожай при нижнем уровне оптимальной плотности [142].

Для агрономической оценки почвы решающими показателями, наряду с величиной плотности, являются скважность (пористость), плотность ее твердой фазы.

Твердая фаза состоит из различных минералов и органического вещества. В зависимости от минерального состава и содержания гумуса почвы имеют разную плотность твердой фазы, то есть отношение массы абсолютно сухой почвы к массе воды такого же объема при 4С. Плотность твердой фазы пахотных почв, за исключением торфяно-болотных, имеет небольшие колебания, в пределах 2,4-2,8г/см и является более или менее постоянной для данной почвы [131].

32 Величина плотности твердой фазы не может служить достаточной

агрономической характеристикой почвы, но используется для расчетов других,

более важных показателей физического состояния почвы.

Для того, чтобы почва могла способствовать получению возможно больших урожаев, необходимо, чтобы она обладала определенным строением.

Наблюдения за динамикой плотности почвы под различными культурами, имея большое значение для характеристики почвы как среды для роста и развития корней растений, позволяют правильно оценивать культуры как предшественники и разрабатывать на основе этого рациональное их чередование и способы обработки. Кроме культур на плотность почвы оказывают влияние система обработки почвы, ее механический состав и структурное состояние [62].

При возделывании сельскохозяйственных культур машинно-тракторные агрегаты многократно проходят по полю, их ходовые системы уплотняют пахотный и подпахотный слои почвы. В результате ниже обрабатываемого слоя образуется чрезмерно уплотненная прослойка (плужная подошва), которая оказывает отрицательное воздействие на водные, воздушные и тепловые свойства почвы. В колее трактора возрастает плотность и твердость почвы, на 10-20 % уменьшается ее общая пористость и на 30-60 % - пористость аэрации.

Поиск путей снижения уплотнения движителями сельскохозяйственных машин почв направлен на сокращение степени и интенсивности воздействия (применение широкозахватных и комбинированных агрегатов, минимализация обработки почвы), а также ликвидация аккумулятивных (остаточных) деформаций в подпахотных слоях [9].

Придание оптимальной плотности составляет важную задачу земледелия, и, в частности, обработки почв. После глубокой обработки, под влиянием выпадающих осадков, движение по полю тракторов, машин и орудий, транспортных средств она увеличивается и, достигнув определенной величины, остается более или менее постоянной. Увеличение объема почвы происходит в результате набухания при увлажнении до физической спелости, замерзание

33 воды в почве, развитии корней растений, деятельности роющей землю

почвенной фауны, внесении органических удобрений, рыхление почвы

орудиями обработки. Такая устойчивая средняя плотность называется

равновесной. Если она выше оптимальной для культуры, посев которой

планируется в данном поле, то почва нуждается в глубоком рыхлении. Когда

оптимальная средняя плотность не превышает равновесную, пахотный слой

почвы не нуждается в рыхлении, если оно не вызывается другими причинами.

Почвы, оставленные без обработки, неизбежно уплотняются и со временем достигают определенной равновесной плотности, величина которой зависит от структурного состояния [134].

Исследования, проведенные в республике Татарстан [164] с использованием чистого и занятого паров, показали, что на среднесуглинистых серых лесных почвах плотность сложения слоя почвы 0-10см. изменялась в зависимости от вида пара: повышенной (1,18-1,19г/см³) она была перед посевом озимых по занятому пару, несколько ниже - 1,14 - по чистому пару. Это связано с неоднократным рыхлением почвы в течении летнего периода на чистом пару. В нижних слоях наблюдалось аналогичное соотношение: большая плотность отмечалась по занятым парам (1,26-1,30г/см ), меньшая - по чистому пару (1,23г/см³).

К началу весеннего возобновления вегетации плотность сложения почвы изменилась в обратном направлении: сильно уплотнился верхний слой по чистому пару (1,24г/см ), а по занятым плотность хотя и не значительно, но снизилась (до1,22г/см). В летний период уплотнение пахотного слоя увеличилось по всем вариантам, но с разной интенсивностью (быстрое уплотнялась почва по чистому пару).

К числу важных особенностей пахотных почв относится высокая изменчивость их свойств в связи с сезонной динамикой погодных и биологических факторов.

Исследование физических свойств показало, что в пахотном слое наблюдается сезонное изменение параметров основной гидрофизической

34 характеристики агрегатного и микроагрегатного состава, плотности и

пористости. Микроморфологические исследования установили изменение

видимой пористости в пахотных почвах к концу вегетационного периода и в

течении годового цикла [ 23,189, 192].

Полученные данные демонстрируют высокую степень изменчивости порового пространства и структуры пахотной почвы при переходе от сезона к сезону. Распаханная почвенная масса под влиянием процессов набухания — усадки и промерзания — оттаивания в течении года испытывает структурные изменения в диапазоне от комковатой до массивной структуры. Агрофизически ценная комковатая структура почвы приурочена к вегетационному периоду [141].

Величина оптимальной плотности пахотного слоя для большинства сельскохозяйственных культур находится в пределах 1,1-1,3 г/см , а наилучшая пористость составляет - 55-65% объема почвы, удовлетворительная - 50-55%. Физиологически минимальным запасом воздуха, или порогом аэрации считается его содержание, равное 15% объема почвы. Для характеристики плодородия почв, вместе с ним и условий роста и развития растений, первостепенное значение имеет не только оптимальное значение каждого из факторов, но и сочетание их [2].

Пористость, или скважность почвы - это суммарный объем всех пор между частицами твердой фазы почвы. Пористость минеральных почв 25-80%, а торфянистых 80-90%. В зависимости от величины пор выделяют капиллярную и некапиллярную пористость. Капиллярная пористость равна объему капиллярных промежутков почвы, некапиллярная - объему крупных пор (объему промежутков между почвенными агрегатами). Сумма капиллярной и некапиллярной пористости составляет общую пористость почвы [117].

Сопоставление величин пористости показывает, что в пахотном слое почвы оно выше той величины (47,6%), которая свойственна "идеальной почве" при кубической упаковке частиц. По данным ряда исследователей пористость колеблется для разных почв от 45 до 63%, но в большинстве случаев от 50 до

35 60% общего объема почвы [22]. С агрономической точки зрения важно

соотношение двух условных групп: каппилярных — обладающих свойством

удерживать воду менисковыми силами и некапиллярных, где вода не

удерживается и движется вниз гравитационными силами.

Соотношение объемов капиллярных и некапиллярных пор определяет водно-воздушные свойства почвы: ее водопроницаемость, влагоемкость, испаряемость, аэрацию что, в свою очередь, оказывает влияние на водно-воздушный режим и биологическую активность почвы. Если объем капиллярных пор близок к общей пористости, то такая почва будет плохо проницаемой для воды и воздуха, что вызывает сток или застой воды. Просочившаяся по капиллярным порам влага быстро теряется в результате испарения с поверхности почвы.

Исследованиями А.Г. Дояренко (1966) показано, что благоприятным строением пахотного слоя почвы для полевых культур будет такое, когда общая пористость колеблется в пределах 50-60% всего объема почвы, в том числе некапиллярная 12,5-30% и капиллярная 37,5-30%. Следовательно, отношение первой ко второй может колебаться от 1:1 до 1:3. Наименьшие потери воды от испарения на черноземах наблюдались при отношении некапиллярной пористости к капиллярной оті :1,2 до 1:2,3.

Введенное А.Г. Дояренко и Н.А. Качинским понятие дифференциальной пористости является важнейшим для количественной оценки структурного состояния и водно-воздушонго режима почв. Исследование зависимости дифференциальной пористости от влажности и режимное изучение дифференциальной пористости в полевых условиях дают ценную информацию о физических составляющих почвенного плодородия. Центральное место в подобного рода исследованиях занимает оценка текстурной (агрегатной) пористости.

Под дифференциальной пористостью почв Качинский понимал подробную характеристику пористости почвы с помощью разделения ее на объемы, занимаемые внутриагрегатным и межагрегатным пространством, а

36 также воздухом с различными формами воды. Центральными понятиями при

таком подходе к оценке пористости явились пористость агрегатов, обычно

определяемая в воздушно-сухом состоянии, пористость общая, изменяемая в

полевых условиях при естественной влажности, их разница, характеризующая

межагрегатную пористость. Перечисленные характеристики даже сами по себе

дают обширный материал для выводов о физическом состоянии почвы. Кроме

того, включение в дифференциальную пористость удельных объемов, занятых

различными формами воды, дает возможность характеризовать водные и

воздушные свойства почвы - содержание в поровом пространстве воздуха и

воды, а также прогнозировать водно-воздушный режим почвы. Такой подход к

оценке порового пространства явился основой для комплексной оценки

физических свойств, наиболее плодотворным способом при характеристике

различного рода воздействий на почву [176].

Современные подходы к описанию структуры порового пространства (П.П.) исходят из концепции о существовании в почве зон или путей с различной скоростью движения почвенных растворов. Зоны с высокой подвижностью отождествляются с макро-, зоны с низкой - с микропорами. Такое деление является весьма условным из-за сложной и нестабильной геометрии П.П., многочисленных пересечений пор разного размера и ориентации. Тем не менее, устойчивые функциональные различия разных групп пор позволили успешно развивать и использовать на практике модели переноса влаги и химических веществ по системе макро- и микропор [39].

Большое влияние на агрофизические свойства почвы оказывают удобрения. При внесении в почву органического вещества расширяются границы влажности, при которой наступает физическая спелость. Так, влажность почвы, при которой достигается качественная обработка, обычно не превышает 13-15%, а при внесении органики она достигает 18,5% [97].

Опыты Б.Н. Алмазова (1993) показали, что 10-летнее применение органики привело к повышению содержания агрономически ценной структуры размером 0,25-10 мм и повышению коэффициента структурности.

37 В опытах М.А. Цуркана (1985) количество структурных отдельностей в

слое 0-20 см повышалось на 13-22%, а в слое 20-40 см - на 12-15%.

В современном земледелии почвенная влага - объект многосторонних исследований.

Во-первых - один из компонентов самой почвы, так как непосредственно содержится в ней, и является важнейшим фактором почвообразования и почвенного плодородия.

Во-вторых, влага в почве - один из основных факторов почвенного климата, что в последующем нашло подтверждение в трудах многих ученых.

В-третьих, почвенная влага в корнеобитаемом слое является почти единственным источником водоснабжения растений.

В-четвертых, почвенная влага играет определяющую роль в формировании питательного режима.

Водный режим почв вообще и режим увлажнения корнеобитаемого слоя в частности, а также влагообеспеченность культур остаются все еще актуальными проблемами сельскохозяйственного производства [38].

Внесение органических удобрений также способствует увеличению водопрочности агрегатов (В.Д. Голубев, 1987). В опытах А.И. Столярова и др. (1991), В.А. Васильева (1988) применение органических удобрений увеличивало полную влагоемкость почвы на 5-7%, повышало количество водопрочных агрегатов на 7-8%, повышало общую пористость на 2-3% и уменьшало плотность сложения на 0,06 г/см .

Большое влияние на водно-физические свойства почвы оказывает сидеральное удобрение. Сидераты улучшают водно-воздушный режим в связи с тем, что их корневая система хорошо расчленяет почву на большую глубину, образуя ходы, по которым влага лучше проникает в глубокие слои и большее ее количество накапливается. При этом также уменьшается водная эрозия почвы [58,42,91].

В исследованиях С.Н. Зудилина, Н.Н. Ельчаниновой (1997) сидеральные культуры заметно улучшили структуру почвы. После них к посеву озимой

38 пшеницы число водопрочных агрегатов было больше на 3,5-10,4%, чем в

черном и занятом пару.

Запасы продуктивной влаги в слое 0-10см. ко времени посева озимых в

среднем за 4 года были сравнительно больше по чистому пару (190,6мм),

меньше по вико-овсяному (176,5мм) [164].

Таким образом органические удобрения (сидерация и пожнивные остатки) приводят к снижению плотности почвы, увеличению пористости и повышению полевой влагоемкости.

Исследования, по изучению действия различных видов органических удобрений на физические свойства выщелоченного чернозема и урожайность культур также показали, что органические удобрения помогают обеспечить оптимальную для большинства культурных растений плотность пахотного горизонта. Все годы исследований перед посевом сельскохозяйственных культур почва находилась в более рыхлом состоянии и ее плотность была во всех вариантах в оптимальных пределах. К уборке культур наивысшая плотность почвы (от 1,16 до 1,31 г/см ) наблюдалась в варианте без удобрений и превышала оптимальные значения.

После заделки сидератов в первые три года плотность почвы во всех вариантах была оптимальной (от 1,02 до 1,17 г/см ).

Максимальная величина общей пористости при использовании удобрений наблюдается на второй год их действия. В последующие годы этот показатель постепенно уменьшался. Аналогичное снижение общей пористости отмечено и в чистом пару. Прибавка урожая к контролю в зависимости от культуры и вида удобрения колебались от 0,4 до 29 %.

Вторая культура севооборота в большей степени реагировала на последействие органических удобрений: прибавки урожайности к контролю (в %) почти по всем видам удобрений были более значительными. На третий год действие удобрений ослабевало.

Влагообеспеченность посевов озимой пшеницы в предпосевной период по различным видам паров было разнообразно. Наиболее высокие запасы

39 продуктивной влаги в слое 0-40см. были после чистого неудобренного пара

(53,5мм)

По способности обеспечивать озимую пшеницу влагой в предпосевной период на первом месте чистый неудобренный пар, на втором вико-овсяной сидеральный пар, на третьем - люпиновый сидеральный пар, а на четвертом горчичный сидеральный пар.

В течении лета озимой пшеницей потреблялось большое количество воды. Ко времени ее уборки содержание доступной влаги в почве уменьшалось и выравнивалось по всем видам пара.

Запасы продуктивной влаги перед посадкой пропашных культур были практически равные [89].

Таким образом, необходимость перехода на биологические методы в земледелии сегодня уже не нуждается в доказательстве. Однако оценки возможности биологического земледелия очень различны: от крайне минимальных, не обеспечивающих потребности в продукции сельского хозяйства, до полной уверенности в высокой эффективности.

Такая полярность мнений связана с недостаточной изученностью проблем биологизации земледелия в нашей стране [49].

Под влиянием бобовой сидерации в почве в 2-Зраза увеличивается количество азотфиксирующих бактерий, сапрофитов, нитрификаторов; повышается содержание водопрочной структуры, увеличивается порозность и влагоемкость, уменьшается уплотненность не только пахотного, но и подпахотного горизонта за счет биодренажной корневой системы [80, 180]

Так как органическое вещество служит энергетическим источником для микроорганизмов, от результатов их жизнедеятельности зависят основные свойства почвы и её плодородие. Растительная биомасса благоприятно влияет на развитие микрофлоры [64, 147, 149, 169].

Сотрудники ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии считают, что интенсивность минерализации органического вещества, а в связи с этим и корневое питание растений во многом зависят от жизнедеятельности

40 микроорганизмов, т.е. от биологической активности почвы. Самый высокий

урожай обеспечивается при внесении органических удобрений и минерального

азота в биологически активный слой, на глубину 15см. При более глубокой

заделке, а также поверхностной, снижается коэффициент использования

удобрений и их эффективность [121].

В первую очередь разлагаются легкоусвояемые органические

соединения. В этот период на органической массе поселяются грибы и

неспороносные бактерии. Спороносные же бактерии усиленно размножаются

во вторую фазу разложения, а в конце этого процесса появляются

актиномицеты, разрушающие трудноразлагаемые компоненты растительных

тканей и образующие органические соединения Запашка сидератов

способствует усилению деятельности антагонистов, подавляя возбудителей

корневых гнилей [2, 95].

За период от уборки предшественника до посева следующей культуры

под действием почвенной микрофлоры растительные остатки претерпевали

значительное изменение. Содержание азота увеличивалось практически по всем

вариантам, содержание углерода и калия снижалось. В динамике Р

закономерности не выявлено.

Вследствие различного химического состава внесенной органики, количество микроорганизмов в различных вариантах увеличивалось за счет разных групп. Зеленое удобрение в большей степени повышает активность азотфиксации микроорганизмов и грибов, соломенные растительные остатки -актиномицетов и целлюлозолитических бактерий, грибов. Среди актиномицетов численность бактерий в 2-5 раз превышает другие группы. Это явление показатель хорошо окультуренного плодородия почв [79].

По глубине запашки биомассы мнения исследователей также разделились. Большинство исследователей считают целесообразной более раннюю и глубокую запашку сидеральной массы, в результате которой улучшаются условия минерализации органического вещества, создается благоприятный режим питания не только пшеницы, идущей по сидеральному

РОССИЙСКАЯ

госшрсгвутша*?

41 БВВЛНОТЙ& пару, но и повторных посевов зерновых. Другие предлагают мелкую заделку,

но для замедления минерализации сидеральной массы рекомендуется добавлять

солому, или навоз [57].

Так отечественный и зарубежный опыт показал, что расширение

промежуточных посевов сидератов является крупным резервом поступления

органики в почву, что позволило более экономично. применять минеральные

удобрения и улучшить качество продукции [126].

1.6. Засоренность как фактор снижения продуктивности севооборота.

Не будем забывать того, что на заре земледелия именно сорные растения жестко контролировали площадь пашни и заставляли человека периодически забрасывать поля, чтобы освоить новые участки. На заброшенных полях в ходе сукцессии растительности восстанавливалось и плодородие почв. Таким образом, сорные растения были первыми «зелеными» защитниками природы, которые сдерживали рост пахотных площадей и разрушение природы человеком.

В современном земледелии сорные растения при плотности популяций ниже порога вредоносности также играют не отрицательную, а положительную роль, так как дают приют насекомым-энтомофагам, контролирующим плотность насекомых-вредителей. Кроме того, обладая более глубокой корневой системой, сорные растения усиливают биогеохимический круговорот веществ в почве и возвращают в пахотный слой то, что было вымыто вглубь осадками или снеговыми водами. Наконец, обладая более высокой, чем у культурных растений способностью захватывать элементы питания, они после внесения удобрений уменьшают их вымывание в грунтовые воды и выступают в роли запасников питательных веществ, постепенно возвращающий их в почвенный раствор после перегнивання подземных органов сорняков [107].

Специально остановимся на роли «спонтанной фракции» первичной биологической продукции - сорных растениях. При массовом развитии сорняки могут оставить земледельца без урожая, однако если мыслить экологически и

42 ставить задачу не борьбы, а контроля плотности популяций сорных растений в

соответствии с экологическими нормативами порогов вредоносности, то можно

говорить о положительной роли сорных растений [183].

Сорные растения в значительной степени влияют на баланс элементов питания в почве, изменяют её физические свойства, водный, воздушный, тепловой и световой режимы. Конкуренция между культурными и сорными растениями за основные факторы жизни ведет к их перераспределению и чаще не в пользу культурных растений [10].

На засоренных полях сельскохозяйственные культуры особенно страдают от недостатка влаги и питательных веществ. Имея мощную корневую систему, многие сорняки расходуют в отдельные периоды вегетации влаги в 1,5-2 раза больше, чем культурные растения. Для формирования 1 кг сухого органического вещества сорняки поглощают от 250 до 1000 литров воды и более, поэтому на засоренных полях влажность почвы в корнеобитаемом слое понижается на 2-5 % [155].

Такое расходование влаги является губительным для культурных растений, особенно в засушливые периоды. Даже в нашей зоне, характеризующейся достаточной влагообеспеченностью такие потери воды представляют реальную опасность для посевов, задерживают рост и развитие культурных растений.

Вместе с влагой сорняки поглощают из почвы большое количество питательных веществ. Степень использования и потребления питательных веществ зависит от почвенно климатических условий, биологических особенностей, видового состава растений и уровня засоренности посевов.

Некоторые культуры совсем не выносят засорения, особенно пропашные. Как свидетельствуют многочисленные исследования на сильно засоренных полях, по сравнению с чистыми от сорняков, резко снижают урожайность: озимых —на 65-75 %, яровых зерновых на 45-65%, картофеля на 50-70 %, свекла на 90-95% [10].

Наиболее эффективным методом борьбы с сорной растительностью является применение гербицидов. Однако при высокой их стоимости и финансовом состоянии сельскохозяйственных предприятий они стали недоступны. Кроме того, известны негативные стороны применения гербицидов такие как загрязнение

43 окружающей среды, нарушение экологического равновесия в экосистемах. При

использовании в системах земледелия биологических факторов повышения

плодородия почв и отказе от применения химических средств борьбы с сорняками

большое значение отводится севооборотам, включающим паровые поля и системам

обработки почвы, а также и другим факторам, повышающим общую устойчивость

агроэкосистем к сорной растительности.

Засоренность посевов во многом зависит от чередования устойчивых и чувствительных к сорнякам культур. К первым относятся озимые и яровые зерновые и зернобобовые сплошного посева, многолетние и однолетние, характеризующиеся густым и хорошо развитым травостоем. Слабой конкуренцией обладают культуры с медленным начальным ростом (кукуруза, соя, картофель). Типы севооборотов также оказывают влияние на засоренность посевов.

Видовой и количественный состав сорняков в севообороте формируется в зависимости от возделываемых культур, вида севооборота и применение агротехнологии [12].

В результате ротации севооборота по исследованию в Калининградской области засоренность посевов снизилась на 37,4%, пораженность корневыми гнилями на 75% [103].

Наименее засоренными были посевы озимой пшеницы при размещении по чистому пару. Здесь сорняков в 1,3 - 1,4 раза меньше, чем по сидеральному и занятому горохо-овсяному пару [89].

1.7. Урожайность как результат действия факторов биологизации.

Урожайность сельскохозяйственных культур является функцией многих факторов. Ее величина зависит от климата и совокупности погодных условий, от состава и свойства почвы, ее обработки, применения удобрений и гербицидов и других агротехнических приемов, факторов и условий.

Почва и ее плодородие занимают особое место в формировании урожая. Почва как бы представляет собой совокупность основных земных факторов

44 жизни растений и экологически неотделима от выращиваемых на ней

сельскохозяйственных культур [117].

Положительное влияние сидератов на урожайность сельскохозяйственных культур отмечают многие исследователи. Так прибавка урожайности зерна озимых от запашки люпина на зеленое удобрение на песчаных почвах составляет 4,2 ц/га, на супесчаных - 4,7 и на суглинистых - 7,7 ц/га. Прибавка яровых, в свою очередь, на 2,7-5,5 ц/га по сравнению с чистым паром [25, 100, 101,111,112,167].

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что повышение урожайности является одной из основных задач современного земледелия и для этого надо предпринять следующие меры — освоение научно обоснованных севооборотов, дальнейшее совершенствование систем обработки почвы, осуществление действенных мер по защите почв от водной эрозии, рациональное применение удобрений, обеспечивающих положительный баланс гумуса и питательных веществ, освоение интенсивных энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур, способствующих сохранению экологической оптимальности окружающей среды [32].

Обобщая сведения, содержащиеся в этой главе можно прийти к такому выводу, что для лучшего развития агрофизических и агрохимических свойств почв важно учитывать причины и факторы устойчивого и неустойчивого земледелия.

Причины неустойчивого земледелия можно подразделить на две группы:

1. - природные факторы: экстремальные условия - часто повторяющиеся
засухи, холодные и сырые годы, снижение плодородия, деградация почвенного
покрова, водная и ветровая эрозия, засоление, повышенная кислотность и
щелочность почв; неустойчивость к засухам, заморозкам, полеганию, болезням
и вредителям, сорта сельскохозяйственных культур и др.

2. - антропогенные (техногенные) факторы: несбалансированные
(нарушенные) агроландшафты, агроэкосистемы; разрушение почв по причине
не соблюдения технологий, обработки, способов орошения, посева, ухода за
растениями, уборки и хранения урожая; дефицит удобрений, уплотнение почв

45 тяжелыми машинами, загрязнение их агрохимикатами, радионуклидами,

тяжелыми металлами; угнетение полезной почвенной биоты, развитие вредных

микроорганизмов, посев некачественными семенами, засоренность полей и др.

Факторы устойчивости земледелия:

8. Формирование экологически сбалансированного (в первую очередь по удельному весу пашни) высокопродуктивного, устойчивого агроландшафта и агроэкосистемы.

9. Адаптивно-ландшафтная экологически безопасная система земледелия, в максимальной степени учитывает особенности природных ландшафтов, рельефа местности, почвенного и растительного покрова, биоклиматического потенциала;

10. Возобновляемое, высокое, стабильное плодородие почв;

11. Высокоадаптивная устойчивость к стрессовым условиям, болезням и вредителям сорта в сельскохозяйственных культур;

12. Высокоадаптивные, энергосберегающие, экологически безопасные технологии обработки почвы, возделывание сельскохозяйственных культур, применение удобрений, мелиорации земель, уборки урожая;

13. Экологически безопасные, энергосберегающие, высокоадаптивные системы машин для земледелия.

14. Благоприятные экономические условия и социальное обустройство села (товаропроизводителя) [70].

Главные направления в развитии земледелия учитывающие глобальные тенденции в использовании природно-ресурсного потенциала планеты, должны основываться на ресурсо- и энергосбержении на всех этапах выращивания сельскохозяйственных культур, сохранении плодородия почв, улучшении их свойств, максимальном использовании естественных природообразовательных процессов и всесторонней экологизации [123].

46 2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Работа выполнена в Орловском государственном аграрном университете. Полевые опыты были заложены и проведены в учхозе Лавровский, расположенном в центральной части Орловской области. Аналитические работы проводились в лаборатории факультета агробизнеса и экологии Орловского государственного аграрного университета. 2.1.Климатические условия.

Территория Орловской области расположена в центральной части Среднерусской возвышенности. Климат территории умеренно-континентальный с достаточным количеством тепла и влаги, однако с неравномерным распределением осадков.

Годовой приход солнечной радиации составляет около 89 ккал/см . В течении года это тепло распределяется следующим образом: зима-7, весна-29, лето-40 и осень-13 ккал/см . Радиационный баланс в целом за год положительный и составляет около 36 ккал/ см ; при этом с марта по октябрь баланс положительный, а с ноября по февраль - отрицательный. Продолжительность светового дня возрастает с 15 час. в начале мая до 17 час. к третьей декаде июня, а к концу сентября вновь понижается до 12 час [4].

Среднегодовая температура воздуха - +4.3С. Абсолютный максимум -+37С. Абсолютный минимум -38С. Средняя температура воздуха наиболее тёплого месяца июля - составляет 17,9-19,6С, а наиболее холодного месяца-января- - 9,0-10,5С [176].

Среднее число суток в году со снежным покровом - 125 суток . Дата образования устойчивого снежного покрова - начало декабря, а дата окончания снеготаяния - вторая половина апреля.

Общая продолжительность периода с положительной среднесуточной температурой составляет 220 суток. Средняя дата начала безморозного периода первая декада апреля, окончание - первая декада ноября.

47 По средним многолетним данным прекращение заморозков приходится

на вторую половину мая. Самое раннее прекращение заморозков наблюдалось в

первой половине апреля, самое позднее в первой декаде июня.

Средние даты осеннего заморозка приходятся на последнюю пятидневку сентября. Самое раннее начало заморозков отмечалось в области в первой декаде сентября, самое позднее - в третьей декаде октября.

Период со среднесуточными температурами выше 10С начинается в начале мая и заканчивается а середине октября и продолжительность его в среднем составляет 141 день. Сумма положительных температур выше 10С-2.200-2.300. За период с температурой выше 10С в среднем выпадает 300 мм осадков. Гидротермический коэффициент равен 1,2-1,3, что является показателем достаточной влагообеспеченности растений в вегетационный период. За год выпадает 570-580 мм осадков, в дождливые годы их количество возрастает до 790 мм, а в засушливые - уменьшается до 360 мм. Осадки распределяются неравномерно. Как правило, в первой половине вегетационного периода ощущается недостаток влаги в почве, а во второй возможно избыточное её увлажнение. Ежегодно летом бывают засухи и слабые суховеи слабой и средней интенсивности. Отрицательное действие этих погодных явлений компенсируется наличием хороших запасов влаги в почве.

Времена года в нашей местности отчётливо выражены, однако продолжительность их, а также календарные сроки иногда меняются и могут давать сдвиги от одного до двух месяцев в ту или другую сторону.

За начало зимы принято считать установление отрицательных среднесуточных температур воздуха. Обычно это середина ноября, когда образуется снежный покров. Однако бывает, что устойчивый снежный покров устанавливается только в декабре, январе.

Продолжительность зимы около четырёх месяцев от середины ноября до середины марта. Характерна умеренная погода с температурой воздуха- -10-12С, но бывает и очень холодная погода с морозами до -25-30С. Холодная погода может прерываться оттепелями, продолжающимися иногда до 60 дней.

48 Установление среднесуточной температуры воздуха выше 0С считается

началом весны. Такая температура воздуха в Орловской области бывает уже в

последней декаде марта.

Обычно первая половина весны характеризуется неустойчивостью. То

устанавливается тёплая солнечная погода, то она сменяется похолоданием и

выпадением осадков. Во второй половине весны чаще бывает солнечная

погода, хотя в апреле и начале мая возможен возврат холодов и заморозков.

После 8 июня заморозки в области обычно не наблюдаются.

Лето в Орловской области начинается с установлением среднесуточных

температур воздуха +12,5С. Летние месяцы - июнь, июль и август

характеризуются тёплой погодой, дождями грозового характера, возможны

ливни, сопровождающиеся выпадением града. В начале лета часто наблюдается

засушливая погода, иногда с суховеями. В отдельные же годы летний сезон

бывает или жарким и сухим, или прохладным и дождливым.

Начало осени связано с опусканием среднесуточной температуры

воздуха в сентябре ниже +10С. Переход от летнего периода к осеннему не

имеет ярко выраженных признаков. Первая половина осени характеризуется

сухой и тёплой погодой, вторая же её половина часто сопровождается

длительными холодными дождями [90, 142].

2.2. Почвенные условия

Почвенный покров Орловской области сформировался в зоне переходных почв, от дерново-подзолистых почв к чернозёмам.

Выделено три природно-экономические зоны: западная, центральная и юго-восточная. Орловский район, в котором расположено учебно-опытное хозяйство Орловского государственного аграрного университета — учхоз "Лавровский", попадает в центральную зону, с преобладанием серых лесных, темно-серых лесных почв и оподзоленных чернозёмов. Исследования проводились на стационарном опыте кафедры земледелия ОГАУ, расположенном в учхозе.

49 Почва опытного участка представляет собой типичную для области

тёмно-серую лесную среднесуглинистую почву. Склон северо-западной

экспозиции крутизной 0-3.

Участок выровненный. Глубина почвенного разреза 120 см, агрохимические показатели определялись по генетическим горизонтам (табл.1).

Горизонт А (пахотный) 0-23 см. - влажный, тёмно-серый, среднесуглинистого механического состава, комковато-пылеватыи, уплотнён, тонкопористый, присутствует лёгкий налет БіОг.

Горизонт А п/п (подпахотный) 23-33 см. - влажный, тёмно-серый, среднесуглинистого механического состава, зернисто-комковатыи, густой налет Si0₂.

Горизонт В (иллювиальный) 33-52 см. - влажный, тёмно-серый с бурым оттенком, среднесуглинистого механического состава, комковато-мелкоорехотоватый, уплотнён, тонкопористый, обильный налет БіОг.

Горизонт ВС (переходный) 52-75 см. - влажный, грязно-бурый, среднесуглинистого механического состава, структура ореховатая, уплотнён, тонкопористый, присутствует налет SiC>2.

Горизонт С (материнская порода) 75-120 см. - влажный, желто-пылеватый, среднесуглинистого механического состава, структура ореховато-глыбистая, уплотнён, тонкопористый, присутствует налет SiCV

Таблица 1 Агрохимические показатели почвы опытного участка

Анализ данных таблицы 1, показал, что почва пахотного горизонта имеет близкую к нейтральной реакцию рН — 5,3-6,2. По мере приближения к материнской породе рН почвенного раствора возрастает. Содержание гумуса по профилю снижается, причём очень резко в горизонте ВС. Пахотный слой характеризуется средней и высокой степенью обеспеченности подвижным Р и обменным К.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод о том, что почва участка по основным агрохимическим показателям подходит для возделывания основных групп сельскохозяйственных культур и является типичной для нашей природно-экономической зоны.

Характеристика почвы на участке проведения опыта по изучению влияния различных факторов биологизации на плодородие почвы и продуктивность культурных растений приведены в таблице 2.

Таблица 2 Агрохимическая характеристика пахотного слоя почвы стационарного опыта по исследованию действия факторов биологизации земледелия на плодородие

почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур

Анализируя таблицу 2 можно сказать, что пахотный слой имеет близкую к нейтральной реакцию почвенного раствора, достаточно высокое содержание гумуса для этого типа почв, повышенное содержание подвижного фосфора и обменного калия.

51 2.3. Погодные условия.

Погодные условия во время проведения исследований были различными

(приложения 1,2, рисунки 1,2). Так, в 2002г. наступление тепла весной было

отлично от среднемноголетней величины, наблюдалась также относительно

хорошая влагообеспеченность. Зато июль и август были засушливыми, и это

сказалось на состоянии посевов возделываемых культур, а в сентябре осадков

выпало почти в 4 раза больше от среднемноголетнего количества. Это создало

большие трудности, как в уборке урожая, так и в посеве озимых культур.

Самый холодный месяц в 2002 г. был январь, но температура воздуха не

превышала среднемноголетнией, самым теплым летним месяцем был июль.

Метеоусловия 2003 г. отличались от среднемноголетних тем, что в марте-апреле наблюдались отрицательные температуры почвы (до 0-10С) и воздуха (среднемноголетние: март - 5,0С и апрель — 4,5С). В то же время в апреле-мае-июне выпало 199,9 мм осадков (среднемноголетние - 170,5мм). Сумма эффективных температур в апреле составила 287С (среднемноголетняя равна 74С). После второй декады мая - 23,4С, что на 40С меньше среднемноголетней суммы эффективных температур. Причем в третьей декаде мая сумма эффективных температур увеличилась на 155С и достигла отметки 393С, что на 64С больше среднемноголетней, июль был прохладнее - 670С (среднемноголетнее 687С) и дождливее (70 и 60мм). То есть весна, и начало лета были холоднее и дождливее. Это сказалось на продуктивности культур. К тому же, осенью 2002 года морозы наступили в начале октября, когда озимые из-за позднего сева не успели хорошо раскуститься, а при отсутствии защитного снежного покрова посевы озимых сильно пострадали и на многих полях они погибли и были запаханы.

Самым благоприятным по метеорологическим условиям, для возделывания всех сельскохозяйственных культур в севооборотах был 2004 год и он характеризовался температурой воздуха в мае ниже,

январь февраль

март

апрель

июль

август сентябрь октябрь ноябрь декабрь

Рис. 1. Температура воздуха и в годы проведения исследований, С.

январь февраль

апрель

март

май июнь июль август сентябрь октябрь

Рис. 2. Сумма осадков и в годы проведения исследований, мм.

ноябрь декабрь

Сумма активных температур (градусов Цельсия).

rv> о о

о о

О) о о

со о о

о о

го о о

о о

о о

со о о

ю о о о

-d s о

X И

го S

-1 о

о го

а к S

о о

U а> Ы О

О го го ю

-о о о о

Ф о о о

№ К со го

І п

(D

S I о

:э ф

н I

чем в 2003 и 2002 годах, и жаркой и влажной погодой летом. Самым холодным месяцем года был февраль, но температура воздуха зимой не превышала среднемноголетней, самым теплым летним месяцем был август.

Возобновление весенней вегетации многолетних трав и озимой пшеницы в 2004 году началось в мае, когда установилась соответствующая температура, которая не превышала средние многолетние. Метеорологические условия, сложившиеся в июле и августе (+18,9+19,7С, 101 - 16,7 мм), способствовали хорошему формированию урожая озимой пшеницы и благоприятных условий для заделки сидератов.

Таким образом, за годы исследований погодные условия можно охарактеризовать как контрастные, но в целом они отражают неустойчивость среднемноголетних климатических закономерностей, поэтому полученные в экспериментах данные позволяют достаточно объективно охарактеризовать выявленные закономерности и особенно использование земель в Орловской области. Кроме того, погодные условия вегетационных периодов оказали заметное влияние, как на общую продуктивность сельскохозяйственных культур, так и на эффективность внесения удобрений и мелиорантов.

2.4. Схемы опытов, методы исследований.

В наших исследованиях созданная схема опыта, а также предложенные методы исследований были направлены на изучение влияния различных способов воспроизводства плодородия темно-серых лесных почв (введение сидеральных и занятых паров, использование на удобрение побочной продукции и др.) на свойства почвы и продуктивность культур в звене пар — озимая пшеница - картофель.

Во время исследований проводились следующие наблюдения и исследования:

15. фенологические наблюдения по общепринятым методикам;

16. засоренность посевов по общепринятым методикам;

17. биологическая активность почвы по проценту разложения льняного полотна;

56 4. рН солевой вытяжки потенциометрически; 5. содержание доступного фосфора и калия по методу Кирсанова; б.гумус по Тюрину;

7. влажность почвы весовым методом;

8. плотность почвы по общепринятым методикам;

9. пористость почвы по общепринятым методикам;

10. урожайность и структура урожая возделываемых в севооборотах
культур.

Опыт по изучению формирования плодородия почвы и продуктивности растений в полевом севообороте, в связи с использованием побочной продукции на удобрение, был заложен на опытном поле учхоза Лавровский в 2002 году (рис. 4.).

Изучение влияния различных видов паров на плодородие почвы и развитие основных сельскохозяйственных культур было заложено в четырехкратной повторности. Выращивались следующие виды сидератов: однолетние травы, люпин, горчица. В качестве контроля использовался чистый пар. Во второй год исследований была посеяна озимая пшеница, а в третий посажен картофель. Применялась общепринятая технология возделывания. Одна часть предшественников запахивалась в качестве сидеральной культуры, а другая убиралась на зеленый корм при достижении оптимальной фазы развития растений, т.е. у бобовых это цветение - начало формирования бобов, у крестоцветных - цветение, а у зерновых это начало колошения. Общая площадь делянки 360м'. [159].

В опыте выращивали следующие сорта сельскохозяйственных культур: вика - Орловская 88, овёс - Скакун, люпин - Снежить, горчица - Сарептская, озимая пшеница - Московская 39, картофель - Явор.

- *

Рис.4. План размещения делянок

58 3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИДЕРАЛЬНЫХ КУЛЬТУР В РЕГУЛИРОВАНИИ

АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ.

3.1. Плотность почвы.

В современных экономических условиях, когда в сельскохозяйственных предприятиях применение минеральных удобрений сильно сократилось из-за их дороговизны, предшественник, как фактор повышения урожайности и повышения качества продукции озимой пшеницы выходит на первый план, так как он позволяет значительно снизить затраты на возделывание основной культуры.

Одним из важных критериев определяющих плодородие почвы является плотность и пористость почвы. Так как на показатели этих величин влияет различные антропогенные воздействия, то их изучение является важной задачей земледелия. Отбор образцов для определения плотности и влажности почвы проводили по мере прохождения растениями фаз вегетации. В период вегетации озимой пшеницы образцы отбирали в следующие сроки: 1 срок -кущение (возобновление весенней вегетации), 2 срок - цветение, Зсрок - перед уборкой урожая. В период выращивания вико-овсяной смеси и люпина: 1 срок -после посева, 2 срок - фаза цветения - начала образования сизых бобов, 3 срок -после уборки. Параллельно отбирали образцы в вариантах с чистым паром, который был задействован в качестве контроля.

Анализ динамики плотности почвы под предшественниками озимой пшеницы (табл. 3) показал, что она существенно изменялась как по вариантам опыта, так и в зависимости от срока отбора образцов. Как правило, отмечается достоверное снижение ее величины от первого срока отбора ко второму. Некоторое повышение плотности почвы в третий срок отбора образцов (до 1,21 г/см ) отмечается в почве варианта горчицы на зеленую массу.

В целом, высокая плотность почвы в этот период объясняется неблагоприятными погодными условиями не типичными для нашей области.

Таблица З

Плотность почвы по культурам севооборота, 2002-2004гг., г/см³

60 Изучение средней величины плотности почвы по вариантам опыта показывает, что максимальные ее значения имели место в почве чистого пара и горчицы на зеленую массу, что составило 1,18 г/см³, а минимальное значение отмечалось в почве однолетних трав на зеленую массу - 1,16 г/см³. По остальным культурам предшественников, как на силос, так и на зеленую массу этот показатель был равен 1,17 г/см . В общем, средняя плотность в вариантах предшественников была ниже, чем в контроле, т.е. чистом паре.

Изменение величины плотности почвы в период вегетации озимой пшеницы также передало изменение этой величины в зависимости от варианта опыта и фазы вегетации культуры. В период вегетации культуры отмечается существенное уменьшение величины плотности по мере прохождения фаз вегетации. В целом в период вегетации озимой пшеницы по вариантам опыта величина плотности изменялась от 1,19 г/см до 1,31 г/см .

Так, наиболее высокая средняя величина плотности (1,27 г/см³) имела место в варианте горчицы на зеленую массу, а минимальная отмечалась по люпину на зеленую массу и на сидерат, где она составила 1,20 г/см . Последействие чистый пара, как и однолетних трав на сидерат показало, что в этих вариантах показатель плотности был 1,21 г/см³, что максимально приближено к минимальному значению. Тогда как однолетние травы и горчица на сидерат имели максимальную плотность - 1,25 г/см и 1,26 г/см соответственно, зафиксированной в этот период наблюдения.

По результатам представленным в таблице 3 можно сказать, что плотность почвы в период вегетации озимой пшеницы разделилась как бы на две части. Одна из них, представленная люпином на сидерат и на зеленую массу, а также однолетними травами на сидерат имела плотность ниже (1,20-1,21 г/см³), чем в контроле (чистый пар). В то время как в вариантах горчицы на сидерат и на зеленую массу и однолетних трав на зеленую массу этот показатель был выше (1,25-1,27 г/см ).

На вариантах с картофелем последействие сидератов также оказало влияние на плотность почвы. Наименьшая плотность отмечалась в варианте

однолетних трав на сидерат и составила 1,20 г/см³, но чистый пар и люпин на зеленую массу не очень отличались от однолетних трав с показателем плотности 1,21 г/см . Самая высокая плотность наблюдалась у горчицы на сидерат - 1,26 г/см³. У остальных вариантов среднее значение плотности не превышало 1,23 г/см , что не на много превышает норму, но все равно не желательно.

Таким образом, величина плотности почвы под изучаемыми предшественниками озимой пшеницы, в период ее выращивания, а так же возделывания картофеля, изменялась в зависимости от изучаемых факторов и, как правило, не превышала величину оптимальной плотности для этих культур. Так же можно отметить, что в годы проведения исследований по изучению последействия сидеральных культур на последующих культурах севооборота в вариантах с запашкой вегетативной массы сидератов плотность почвы была ниже, чем при скашивании их на зеленую массу.

Для более полной оценки соответствия строения пахотного слоя требованиям сельскохозяйственных культур необходимо значение величины ее пористости, для расчета которой используется показатель плотности твердой фазы почвы.

3.2. Пористость почвы

Пористость зависит от минералогического и механического состава, структуры почвы и содержания органического вещества. Большое влияние на нее оказывает обработка почвы и воздействие движущейся по поверхности почвы техники. Наиболее рыхлой почва бывает сразу после обработки, затем она постепенно уплотняется.

В период выращивания предшественников озимой пшеницы она изменялась в интервале от 45 % в почве варианта горчицы на сидерат до 54 % в почве чистого пара перед уборкой урожая. Величина пористости почвы в период выращивания культур по вариантам опыта приведена в таблице 4.

Таблица 4

Пористость почвы по культурам севооборота, 2002-2004 гг., %

63 В среднем за вегетацию предшественников самая низкая пористость

имела место также в почве горчицы на сидерат и составила 47 %. Близкой к ней

она была в почве горчицы на зеленую массу, где в среднем за вегетацию

составила 48 %, а самая высокая пористость - в почве чистого пара и составила

53 %. В почве люпина на зеленую массу и на сидерат она равнялась 52 %.

Изучение пористости почвы при выращивании озимой пшеницы показало, что ее динамика имеет те же тенденции. Так, минимальные значения пористости (49%) отмечали в варианте горчицы на сидерат, а максимальное в почве чистого пара - 55%. Оптимальное значение составило 54% практически по всем вариантам.

Исследования величины пористости в период выращивания картофеля показали, что самая низкая она была в вариантах горчицы на сидерат и на зеленую массу - 49% в обоих вариантах. Самое высокое среднее значение пористости в этом году было по люпину и однолетним травам на сидерат -51%. В почвах чистого пара, люпина и однолетних трав на зеленую массу величина пористости была 50%, что не сильно отличается остальных вариантов.

Таким образом, проведенные исследования показали, что средние значения величины пористости почвы, при выращивании культур, по вариантам опыта, изменялись в широком интервале от 45 % до 57%. Наиболее оптимальная величина пористости была в почве чистого пара, люпина на сидерат и на зеленую массу, а также однолетних трав на сидерат. Минимальная пористость отмечалась в почве варианта горчицы на сидерат.

При рассмотрении пористости ее величина изменяется как по вариантам, так и по срокам отбора образцов. Так же можно заметить, что при рассмотрении последействия предшественников в вариантах с применением запашки сидератов пористость была выше, чем при уборке на корм скоту. Это объясняется тем, что при разложении вегетативной массы, запаханной в качестве сидерата, увеличивается количество пор естественного происхождения.

З.З.Влажность почвы.

Наблюдения за влажностью почвы показали, что она сильно варьирует в зависимости от погодных условий. В период проведения исследований не было ни одного года хоть немного похожего на предыдущий. Результаты полученные во время изучения влажности почвы в слое 0-100 см., различных по своим характеристикам сельскохозяйственных культур, представлены в таблице 5.

Максимальное значение влажности под предшественниками была в варианте чистого пара - 19,84%. Тогда как минимальное - 16,53% по горчице на сидерат. Влажность предшественников менялась в зависимости от того, какую вегетативную массу успели накопить растения. Меньше всего это удалось горчице, что соответственно отразилось на влажности в этих вариантах, они были наименьшими - 16,61% и 16,53% соответственно на зеленую массу и на сидерат.

В то же время под озимой пшеницей отмечены другие особенности. Так, на озимой пшенице в среднем влажность почвы в период ее вегетации в вариантах, где применялась сидерация, была выше, чем после занятого пара. Самая низкая влажность в этот год была после горчицы на зеленую массу и составила 20,79%, а самая высокая влажность составила 25,86% в варианте чистого пара (контроль). При рассмотрении средней величины влажности по вариантам она колебалась в пределах от 22,98% в варианте горчицы на зеленую массу до 24,63% в варианте люпина на сидерат.

Сразу следует отметить то, что в 2004 году влажность почвы в третий срок отбора образцов, т.е. перед уборкой картофеля, по всем видам предшественников сильно уменьшилась, и это зависело только от погодных условий. В течение большей части периода вегетации установилась теплая и влажная погода с преобладанием дождливых дней или даже недель и этим очень затрудняло отбор образцов для этого показателя. Но все же это нам удалось, и результаты показали высокую влажность в первые два срока отбора образцов.

Таблица 5. Влажность почвы по культурам севооборота, 2002-2004гг., %.

Ближе к уборке урожая дожди сменились жаркой и сухой погодой, что в результате привело к иссушению почвы и это отразилось на данных третьего срока отбора образцов.

Поэтому предоставленные результаты исследований имели большую разницу показателей влажности во время выращивания картофеля и варьировали в пределах от 17,85% в варианте горчицы на зеленую массу до 28,62% в почве люпина на сидерат. Если взять средние результаты по вариантам, то можно наблюдать некоторое выравнивание показателей, максимум которых составляет 24,11%, а минимум 23,32%.

Хотя перед уборкой влажность почвы резко снизилась в среднем она осталась хорошей для возделываемой культуры. Таким образом, из всего вышесказанного можно сделать вывод, что внесение органического вещества оказывает нормализующее действие на влажность, плотность и пористость почвы.

Сидеральные культуры как фактор биологизации земледелия

Биологизация земледелия направлена на поддержание и активизацию естественных процессов в природе и здесь немалая роль принадлежит зеленым растениям, предназначенным для восстановления утрачиваемого почвой плодородия. В связи с этим, не менее важным направлением биологизации является широкое использование, в качестве органического удобрения, сидеральных культур, являющихся также и довольно дешевыми по сравнению с минеральными удобрениями [58].

Они являются неисчерпаемым, постоянным источником пополнения пашни органическим веществом, а за счет бобовых культур - сидератов — и биологическим азотом.

Под влиянием зеленых удобрений значительно улучшается водно-физические, биологические и химические свойства почвы. При специализации и концентрации растениеводства, сидераты выполняют фитосанитарную роль — снижают засоренность и поврежденность болезнями и вредителями возделываемых культур, а также до минимума уменьшают водную и ветровую эрозии почвы и предотвращают миграцию элементов питания в глубокие слои почвы.

Зеленые удобрения после запашки обеспечивают микрофлору, а потом и растение необходимыми элементами питания равномерно на протяжении всего вегетационного периода, что положительно влияет на улучшение качественных показателей выращиваемой продукции.

Дешевизна сидерации и высокая ее эффективность способствует снижению затрат энергоресурсов и себестоимости возделываемых культур Так, исследования в Курской, а также и в Орловской области показали, что сидеральные пары не только повышают плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур, но и надежно защищают почву от эрозии, улучшают экологическую обстановку и позволяют получать биологически чистую продукцию [18, 43, 44, 45, 58, 65, 85, 119, 143, 147, 194, 197]. Ряд исследователей [78, 83, 84, 156] рассматривают зеленое удобрение, прежде всего, как источник питательного вещества, и считают, что внесение в почву быстро разлагающейся свежей растительной массы, богатой белками и углеводами, резко стимулирует жизнедеятельность микрофлоры, и не только увеличивает запас гумуса, но, наоборот, вовлекает в процессы минерализации часть гумусовых веществ самой почвы, т.е. снижает его содержание. Противоречивость результатов исследований влияния сидератов на содержание в почве гумуса обуславливается многими причинами, но, прежде всего, различием почвенно-климатических и агротехнических условий, которые определяют интенсивность разложения органического вещества зеленых удобрений [33]. Сидеральные пары являются обязательным атрибутом в структуре посевных площадей при биологизации земледелия. Возделывание сидеральных культур особенно эффективно на дальних полях с низким плодородием почв. Эффективность сидератов зависит от урожая зеленой массы и своевременной заделке ее в почву. Запашка сидератов (25-3 От/га) на местах произрастания равнозначна по эффективности внесению 30-50 т/га подстилочного навоза [6, 16, 173, 196]. Таким образом, выращивание сидерата и заделка его в почву, особенно на дальних (более 5 км) полях почти в два раза дешевле, чем заготовка, вывозка и внесение эквивалентного количество навоза, в четыре раза дешевле, чем применение минеральных удобрений. Продолжительность действия зеленых удобрений варьирует в зависимости от типа почвы. Так на песчаных почвах сидераты действуют 3-4 года, а на темно-каштановых всего 2-3 года [82, 106, 110,173]. Д.Н. Прянишников (1963) в своем, ставшем классическим, учебнике по агрохимии, сидерат рассматривает в разделе азотных удобрений, тем самым как бы подчеркивая, что заделка в почву бобовых растений на зеленое удобрение может использоваться, прежде всего, для увеличения прихода азота в земледелии и улучшения условий азотного питания возделываемых культур. И.В. Тюрин (1956) на основании большого исследовательского материала по разным почвенным зонам страны установил четкую связь между колебаниями содержания в почве гумуса и общего азота. Количество общего азота под влияние зеленых удобрений повсеместно изменялось в течении ротации аналогично гумусу. Исследования, проведенные на выщелоченных черноземах Краснодарского края, показали, что зеленые удобрения оказали многостороннее положительное воздействие на элементы плодородия, в частности на оструктуривание почвы обусловленное структурообразующим воздействием биомассы и положительным влиянием на содержание органического вещества в почве. При раннем сроке запашки фитомассы запас влаги в почве не уступает черному пару, как в пахотном, так и в метровом слое [19]. Еще в 1948 году наблюдения, проведенные на опытном поле Тимирязевской сельхозакадемии Е.А. Алексеевым, показали, что водопрочность структурных агрегатов почвы на поле, получившем зеленые удобрения, не уступало унавоженному при внесении 40 т/га. А данные, полученные в 1957 году, указывают, что зеленое удобрение оказывало положительное влияние на агрегатный состав почв [4, 5]. По утверждению В.Д. Голубева (1987), водопрочных агрегатов после зеленых удобрений образовалось больше, чем после навоза, а после отмирания корневых систем сидератов увеличивался относительный объем свободных промежутков между структурными отдельностями. Успех применения зеленых удобрений зависит от правильного выбора сидеральной культуры [24]. Высокую агрономическую ценность бобовых сидератов в восстановлении почвенного плодородия связывают также с биологическим оздоровлением почвы в результате положительного воздействия запашек, богатой легкодоступными веществами свежей растительной массы, которая стимулирует развитие и активизацию жизнедеятельности полезной микрофлоры и в ограничении азотосодержащих соединений с образованием легкогидролизуемых аммиачных и нитратных форм [26,113, 114].

Возделывание сидератов не только повышает продуктивность сельскохозяйственных культур, но и значительно снижает энтомо-фитопатогенную напряженность севооборота.

В качестве сидерата в нечерноземной зоне нужно широко использовать люпин, способный накапливать высокую урожайность биомассы (до 60-100 т/га). Кроме этого, также обладая рядом преимуществ: он не требователен к условиям произрастания и дает хорошие урожаи даже на кислых лессовых почвах; не требует внесение азотных удобрений, сам обогащает почву биологическим азотом (одновременно с биомассой поступает от 100 до 240 кг дешевого, экологически чистого азота). Благодаря глубоко проникающей стержневой системе люпин выступает как мощный биологический рыхлитель, улучшающий структуру и водный режим почвы, предотвращает проявление водной и ветровой энергии. Однако, основная и важнейшая роль люпина -восстановление нормального цикла органического вещества и азота в почве.

Засоренность как фактор снижения продуктивности севооборота

Не будем забывать того, что на заре земледелия именно сорные растения жестко контролировали площадь пашни и заставляли человека периодически забрасывать поля, чтобы освоить новые участки. На заброшенных полях в ходе сукцессии растительности восстанавливалось и плодородие почв. Таким образом, сорные растения были первыми «зелеными» защитниками природы, которые сдерживали рост пахотных площадей и разрушение природы человеком.

В современном земледелии сорные растения при плотности популяций ниже порога вредоносности также играют не отрицательную, а положительную роль, так как дают приют насекомым-энтомофагам, контролирующим плотность насекомых-вредителей. Кроме того, обладая более глубокой корневой системой, сорные растения усиливают биогеохимический круговорот веществ в почве и возвращают в пахотный слой то, что было вымыто вглубь осадками или снеговыми водами. Наконец, обладая более высокой, чем у культурных растений способностью захватывать элементы питания, они после внесения удобрений уменьшают их вымывание в грунтовые воды и выступают в роли запасников питательных веществ, постепенно возвращающий их в почвенный раствор после перегнивання подземных органов сорняков [107].

Специально остановимся на роли «спонтанной фракции» первичной биологической продукции - сорных растениях. При массовом развитии сорняки могут оставить земледельца без урожая, однако если мыслить экологически и ставить задачу не борьбы, а контроля плотности популяций сорных растений в соответствии с экологическими нормативами порогов вредоносности, то можно говорить о положительной роли сорных растений [183]. Сорные растения в значительной степени влияют на баланс элементов питания в почве, изменяют её физические свойства, водный, воздушный, тепловой и световой режимы. Конкуренция между культурными и сорными растениями за основные факторы жизни ведет к их перераспределению и чаще не в пользу культурных растений [10]. На засоренных полях сельскохозяйственные культуры особенно страдают от недостатка влаги и питательных веществ. Имея мощную корневую систему, многие сорняки расходуют в отдельные периоды вегетации влаги в 1,5-2 раза больше, чем культурные растения. Для формирования 1 кг сухого органического вещества сорняки поглощают от 250 до 1000 литров воды и более, поэтому на засоренных полях влажность почвы в корнеобитаемом слое понижается на 2-5 % [155]. Такое расходование влаги является губительным для культурных растений, особенно в засушливые периоды. Даже в нашей зоне, характеризующейся достаточной влагообеспеченностью такие потери воды представляют реальную опасность для посевов, задерживают рост и развитие культурных растений. Вместе с влагой сорняки поглощают из почвы большое количество питательных веществ. Степень использования и потребления питательных веществ зависит от почвенно климатических условий, биологических особенностей, видового состава растений и уровня засоренности посевов. Некоторые культуры совсем не выносят засорения, особенно пропашные. Как свидетельствуют многочисленные исследования на сильно засоренных полях, по сравнению с чистыми от сорняков, резко снижают урожайность: озимых —на 65-75 %, яровых зерновых на 45-65%, картофеля на 50-70 %, свекла на 90-95% [10]. Наиболее эффективным методом борьбы с сорной растительностью является применение гербицидов. Однако при высокой их стоимости и финансовом состоянии сельскохозяйственных предприятий они стали недоступны. Кроме того, известны негативные стороны применения гербицидов такие как загрязнение окружающей среды, нарушение экологического равновесия в экосистемах. При использовании в системах земледелия биологических факторов повышения плодородия почв и отказе от применения химических средств борьбы с сорняками большое значение отводится севооборотам, включающим паровые поля и системам обработки почвы, а также и другим факторам, повышающим общую устойчивость агроэкосистем к сорной растительности. Засоренность посевов во многом зависит от чередования устойчивых и чувствительных к сорнякам культур. К первым относятся озимые и яровые зерновые и зернобобовые сплошного посева, многолетние и однолетние, характеризующиеся густым и хорошо развитым травостоем. Слабой конкуренцией обладают культуры с медленным начальным ростом (кукуруза, соя, картофель). Типы севооборотов также оказывают влияние на засоренность посевов. Видовой и количественный состав сорняков в севообороте формируется в зависимости от возделываемых культур, вида севооборота и применение агротехнологии [12]. В результате ротации севооборота по исследованию в Калининградской области засоренность посевов снизилась на 37,4%, пораженность корневыми гнилями на 75% [103]. Наименее засоренными были посевы озимой пшеницы при размещении по чистому пару. Здесь сорняков в 1,3 - 1,4 раза меньше, чем по сидеральному и занятому горохо-овсяному пару [89]. Урожайность сельскохозяйственных культур является функцией многих факторов. Ее величина зависит от климата и совокупности погодных условий, от состава и свойства почвы, ее обработки, применения удобрений и гербицидов и других агротехнических приемов, факторов и условий. Почва и ее плодородие занимают особое место в формировании урожая. Почва как бы представляет собой совокупность основных земных факторов жизни растений и экологически неотделима от выращиваемых на ней сельскохозяйственных культур [117]. Положительное влияние сидератов на урожайность сельскохозяйственных культур отмечают многие исследователи. Так прибавка урожайности зерна озимых от запашки люпина на зеленое удобрение на песчаных почвах составляет 4,2 ц/га, на супесчаных - 4,7 и на суглинистых - 7,7 ц/га. Прибавка яровых, в свою очередь, на 2,7-5,5 ц/га по сравнению с чистым паром [25, 100, 101,111,112,167].

Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, что повышение урожайности является одной из основных задач современного земледелия и для этого надо предпринять следующие меры — освоение научно обоснованных севооборотов, дальнейшее совершенствование систем обработки почвы, осуществление действенных мер по защите почв от водной эрозии, рациональное применение удобрений, обеспечивающих положительный баланс гумуса и питательных веществ, освоение интенсивных энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур, способствующих сохранению экологической оптимальности окружающей среды [32].

Обобщая сведения, содержащиеся в этой главе можно прийти к такому выводу, что для лучшего развития агрофизических и агрохимических свойств почв важно учитывать причины и факторы устойчивого и неустойчивого земледелия.

Содержание доступного фосфора и калия в почве в среднем

Почва опытного участка представлена темно-серым подтипом серым лесным типом почв. Темно-серые лесные почвы характеризуются значительной аккумуляцией органического вещества, мощным гумусовым горизонтом, фульватно-гуматным составом гумуса, слабой морфологической и химической дифференциацией профиля и кислотностью.

Сидеральные удобрения, а также часть пожнивных остатков, запахиваемых в почву, в процессе разложения способствуют повышению плодородия почвы, усилению аэрации, микробиологической деятельности и являются неоценимым источником органики. Нашими исследованиями выявлено, что применяемые средства биологизации по-разному влияют на содержание доступного фосфора и калия в почве, что отражено в таблице 6.

Исходя из данных таблицы 6 можно увидеть что наименьшее содержание доступного фосфора имеет вариант с чистым паром - 9,11 мг/ЮОг почвы. Эта тенденция просматривается как в начале вегетации, так и в конце - 6,55 мг/ЮОг почвы. Самый высокий показатель содержания фосфора был в варианте люпина на сидерат и составил 17,98 мг/ЮОг почвы в начале вегетации, где просматривается такая же тенденция и к ее концу с содержанием фосфора 11,86 мг/ЮОг почвы. Люпин на зеленую массу показал результат несколько меньший, но это и понятно, так как вегетативная масса, накопленная растениями, отчуждалась, т.е. шла на зеленую массу, тогда как в последующем варианте с люпином (таблица 6) вегетативная масса измельчалась и запахивалась в качестве сидерата.

Неплохо показали себя и традиционные в нашей области однолетние травы (вико-овсяная смесь), хотя результаты исследований были несколько ниже, чем на вариантах с люпином. Так, наибольший результат из них показал вариант, где они использовались на сидерат как в начале вегетации культур, так и в конце, где составил соответственно 12,15 и 9,58 мг/ЮОг почвы. Варианты с однолетними травами сохранили туже тенденцию, как и варианты с люпином, т.е. результаты, полученные с использованием сидератов, были выше, чем в варианте с зеленой массой. Так содержание фосфора в варианте с зеленой массой 11,54 мг/ЮОг почвы вначале вегетации и 8,48 мг/ЮОг почвы в конце вегетации культур.

Варианты с горчицей показали наименьшие результаты, исключая чистый пар как контроль, но также как и в вариантах с люпином и однолетними травами можно заметить, что содержание фосфора при использовании сидератов выше, чем при ее уборке на зеленую массу. Также в начале вегетации культур данные были выше чем в конце и составили при запашке на сидерат — 10,13-8,42 мг/ЮОг почвы соответственно, а при уборке на зеленую массу -10,05-7,29 мг/ЮОг почвы соответственно.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что по содержанию подвижного фосфора все используемые предшественники были лучше, чем контроль, но в тоже время запашка сидеральных культур значительно улучшает этот показатель, а особенно использование люпина и это подтверждается цифрами, приведенными в таблице 6. Что же касается содержания подвижного калия, то его показатели колеблются в пределах 10,16-19,07 мг/100г почвы в начале вегетации и 8,31-12,88 мг/ЮОг почвы в конце. По вариантам этот показатель сохраняет те же тенденции, что и при рассмотрении содержания подвижного фосфора, это касается и соотношений между началом и концом вегетации, а также распределением калия в вариантах между собой и по отношению к контролю. Использование сидеральных паров позволяет значительно уменьшить дозу фосфорных и калийных удобрений под некоторые культуры севооборота. Это объясняется тем, что органические удобрения, поступая в почву, обладают длительным последействием, так как превращение первичного органического вещества в почве происходит в несколько этапов и зависит от ряда условий — влажности почвы, температуры, рН, содержания в ней кислорода и питательных веществ и в значительной степени от химического состава органических удобрений. Большое значение для плодородия почвы и получения высоких урожаев имеет реакция почвенного раствора. Большинство возделываемых культур и почвенных микроорганизмов лучше развиваются при слабокислой или нейтральной реакции почвы. Однако отдельные виды культурных растений значительно различаются по требовательности как к наиболее оптимальному для их роста интервалу рН, так и к смещению его в ту или иную сторону. Косвенное действие кислотности проявляется в резком снижении почвенного плодородия из-за увеличения подвижности гумусовых веществ и вредного влияния ионов ЬҐ на минеральную часть почвы. Повышенная кислотность угнетает почвенные организмы, прежде всего нитрификаторы и азотфиксирующие бактерии и почвенную фауну. В целом биологическая активность кислой почвы несравненно ниже, чем нейтральной. Данные по величине рН приведено в таблице 7 и более наглядно в рисунке 4. 71 Исследования показали, что значения рН солевой вытяжки колебались в пределах от 5,48 в варианте чистого пара 2002 года до 6,02 по люпину на сидерат в 2003 году и характеризовалось от слабокислой до близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора. По данным, приведенным в таблице 7 можно проследить стабильное по годам повышение этих значений, т.е. уменьшение кислотности по всем вариантам. Даже в чистом пару в начале исследований (2002г) отмечали показатель 5,48, а в конце (2004г.) - 5,66, но уровень рН в этом варианте так и остался самым низким как по годам опыта, так и по среднему значению вариантов. Рассматривая средние значения за три года исследований, самый хороший показатель рН был по люпину на сидерат и составил 6,00. Близким к нему был вариант с люпином на зеленую массу — 5,98. Данные по однолетним травам на сидерат и зеленую массу составили 5,72 и 5,67 соответственно и с разницей между вариантами 0,05. У горчицы на сидерат и на зеленую массу результаты были меньше 5,64 и 5,66. Исходя из данных таблицы и диаграммы, можно сказать о том, что применяемые в агроэкосистемах сидеральные и занятые пары способствуют, в небольшой степени, снижению концентрации ионов водорода в почвенной среде.

Урожайность сельскохозяйственных культур и оценка его качества

Исследования показали, что уровень урожайности колебалась от 112,2ц/га до 120,1 ц/га. Наибольший результат средней урожайности был получен в варианте люпина на сидерат, что составило 119,4 ц/га, тогда как наименьший был в контроле, т.е. по чистому пару - 112,8 ц/га. При рассмотрении урожайности на других вариантах, то однолетние травы на сидерат и на зеленую массу, а также люпин на зеленую массу были примерно равны - 118,7; 118,6 и 118,8 ц/га соответственно. Урожайность по горчице на сидерат и зеленую массу по величине приближался к данным по чистому пару — 114,6 и 113,4 ц/га.

Следует отметить, что в годы проведения эксперимента очень сильное воздействие на развитие и урожайность оказали погодные условия. Поэтому как бы мы не пытались повысить биологический потенциал культур, увеличить плодородие почвы и как-то влиять на ее агрофизические и агрохимические свойства, но самым важным условием ограничивающим развитие этих показателей являются погодные условия, так как они меняются каждый год и все по-новому.

В настоящее время увеличение производства зерна и клубнеплодов, улучшение их качества при более эффективном и рациональном использовании является актуальной задачей.

Качество растительной продукции - это прежде всего совокупность свойств и признаков, в той или иной степени обуславливающих удовлетворение потребности человека в соответствии с назначением. Показатель качества, в свою очередь, является количественной характеристикой одного или нескольких свойств продукции, составляющих его качество.

Задача исследователей состоит в том, чтобы выявить факторы обеспечения соответствующего качества продукции, ради которой выращивается растение. При этом, предоставление полного объема полноценного сырья требуемого качества для мукомольной, крупяной, комбинированной, сахарной и других отраслей промышленности - центральный вопрос, на решение которого направлены перспективные, как государственные, так и отраслевые программы, базирующиеся на достижении сельскохозяйственной науки. Эта величина зависит от множества факторов: почвенно-климатических условий, сорта, агротехники, устойчивости растений к вредителям и болезням, условий уборки хранения и т.д.

Требования к качеству всех видов сельскохозяйственной продукции, в результате исследований экологически чистых технологий возделывания сельскохозяйственных культур, с применением различных уровней биологизации, в агроэкосистемах устанавливается государственными стандартами качества продукции, характеризующие потребительские достоинства той или иной культуры в изучаемых вариантах агроэкосистем.

Из показателей, характеризующих качество зерна озимой пшеницы, определяли: выравненность и натуру зерна, массу 1000 семян, энергию прорастания и лабораторную всхожесть, количество и качество клейковины, процент содержания белка.

Исследования показали, что по такой характеристике как масса 1000 семян самый низкий показатель в период вегетации озимой пшеницы был в варианте горчицы на зеленую массу, где составил 36,1 г. По горчице на сидерат и по чистому пару данные не сильно отличались, что составило 36,9 и 36,7 г соответственно. Люпин на сидерат и на зеленую массу дал наибольший результат, который составил — 38,2 и 38,1 г, что на 1,5 г больше чем в контроле. В вариантах однолетних трав также больших различий не было, так по сидерату масса 1000 семян составила - 37,3г, а при уборке на зеленую массу - 37,0г.

Следующий рассмотренный нами показатель - это натура. Здесь наблюдается практически та же тенденция изменчивости по вариантам, как и при рассмотрении первого показателя, т.е. самый низкий показатель также имеет вариант горчицы на зеленую массу - 723 г/л. Наибольший показатель имеет люпин на сидерат - 756 г/л. Результаты исследований по остальным предшественникам разместились в этих пределах, где данные практически всех вариантов превышали контроль. Исключение составила горчица на сидерат, где натура по этому варианту была ниже, чем по чистому пару (контроль) и составила 733 г/л, хотя этот результат выше, чем при уборке ее на зеленую массу.

Рассматривая выравненность зерна озимой пшеницы видно, что показатели всех вариантов предшественников превышают данные, полученные в контроле, которым является чистый пар, т.е. более 83,3%. Показатель чистого пара также является наименьшим результатом. Самая большая выравненность среди оставшихся вариантов наблюдался по люпину на зеленую массу, где составил 91,7%, с превышением контроля на 8,4%. Среди оставшихся вариантов с культурами, используемыми на сидерат и на зеленую массу наименьший результат был получен по горчице на сидерат - 87,1%. Люпин на сидерат и однолетние травы на зеленую массу были идентичны по выравненности -91,4%. Однолетние травы на сидерат и горчица на зеленую массу имели меньший процент выравненности, что составило - 90,3 и 88,8% соответственно.

Похожие диссертации на Повышение эффективности парового клина на основе применения факторов биологизации земледелия

Повышение эффективности использования факторов биологизации земледелия в условиях Орловской областиЗолотухин Андрей Иванович

Инкрустирование семян сои и проса с целью повышения эффективности использования гербицидовОкилампали Валентин

АВТОРЕФ..Эффективность приемов повышения урожайности, продуктивной продолжительности жизни и почвоулучшающей способности клевера в условиях Центрального ЧерноземьяГасанов Азберали Гидаят оглы

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИЕМОВ ПОВЫШЕНИЯ УРОЖАЙНОСТИ, ПРОДУКТИВНОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ И ПОЧВОУЛУЧШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КЛЕВЕРА В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯГасанов, Азберали Гидаят-оглы

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ КАК ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ОКУЛЬТУРИВАНИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВВладимир, Григорьевич Лошаков

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР НА СКЛОНОВЫХ ЗЕМЛЯХ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫАнтипов, Борис Владимирович

Эффективность минимальной обработки почвы в звене севооборота как фактора биологической интенсификации земледелияЗабродкин, Андрей Алексеевич

Обработка дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы как фактор оптимизации показателей ее плодородия в интенсивном земледелии Центрального района Нечерноземной зоны РСФСРМанжосов, Владимир Павлович

Совершенствование севооборотов как биологического фактора устойчивости продукционного и средообразующего процессов в земледелии Акулов Алексей Алексеевич

Совершенствование систем земледелия в Центральной лесостепи на основе активизации биологических факторовКружков Николай Кузьмич