Содержание к диссертации
Введение
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 33
2.1. Почвенно - климатические условия зоны проведения исследований 33
2.2. Методика и программа проведения наблюдений и исследований 40
2.3. Особенности агротехники в опыте 43
Глава 3. Влияние полевых севооборотов на водно-физические, агрофизические, агрохимические свойства почвы 46
3.1. Водный режим почвы 46
3.2. Объемная массаи скважность почвы 51
3.3. Питательный режим почвы 54
3.4. Устойчивость почвы к эрозии 58
Глава 4. Биологические показатели плодородия почвы и фитосанитарное состояние посевов в зависимости от вида предшественника и фона питания 61
4.1. Биологическая активность почвы 61
4.2. Накопление пожнивных и корневых остатков 63
4.3. Фитосанитарное состояние посевов 65
4.4. Корневая гниль 74
4.5. Баланс гумуса 76
Глава 5. Рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур под влиянием чистого и почвозащитного пара 80
5.1. Густота стояния растений 80
5.2. Морфологический и структурный анализы урожая 81
5.3. Урожайность сельскохозяйственных культур 84
5.4. Продуктивность сельскохозяйственных культур в севооборотах... 88
5.5. Качество зерна 90
Глава 6. Экономическая, энергетическая и экологическая оценки продуктивности севооборотов с чистым и почвозащитным парами 96
6.1. Агроэкономическая и энергетическая эффективность севооборотов 96
6.2. Экологическая оценка паров 97
Выводы 101
Предложения производству. 106
Список литературы
- Методика и программа проведения наблюдений и исследований
- Объемная массаи скважность почвы
- Накопление пожнивных и корневых остатков
- Морфологический и структурный анализы урожая
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Основным недостатком черного пара, особенно при возделывании на нем яровой пшеницы, является подверженность его водной, ветровой и биологической эрозии.
Паровое поле в севооборотах является главным каналом потерь плодородия почвы. Только за счет минерализации гумуса (биологическая эрозия) потери его составляют при основной обработке пара отвальным плугом 3,4 т, безотвальным - 1,7 т на 1 га (Н.А. Максютов, 1996). Ежегодные потери гумуса в паровом поле в результате водной эрозии в среднем достигают 3 т на 1 га, а в отдельные годы - громадных размеров. Большой ущерб ему наносит и дифляция почвы.
До сих пор проблема защиты парового поля до конца не решена, а размещение его в полосах, чередуя с полосами зерновых культур, не находит широкого применения в производстве из-за трудоемкости. Кроме того, этот способ имеет ряд недостатков как например, все технологические приемы обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур проводятся в одном направлении, что снижает производительность агрегатов и качество работ (М.К. Сулейменов, 1991).
Безотвальная основная обработка за счет оставшейся стерни защищает почву от эрозии не только осенью и весной будущего года, но после 2-3 культивации в весенне-летний период парования она полностью уничтожается и поле становится в значительной степени податливо эрозионным процессам.
Поэтому разработка приемов защиты парового поля под яровую пшеницу от водной, ветровой и биологической эрозии (с помощью почвозащитного пара, занятого летним посевом суданской травы, в системе 6-польного севооборота во второй его ротации, на базе длительного стационарного опыта) имеет большое научное и практическое значение и является актуальным.
Исследования велись в соответствии с государственной научной программой: «Разработать модели систем плодородия, адаптированные к различным агроландшафтам и агроэкологическим группам земель, обеспечивающие получение устойчивых урожаев и сохранение плодородия почвы», координируемой РАСХН (номер государственной регистрации 01.960.0.101 22).
Цели и задачи исследований.
Цель исследований - сохранить и повысить плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур.
Задачи исследований:
изучить влияние черного кулисного и почвозащитного кулисного паров на основные показатели плодородия почвы (водный и питательный режимы почвы, засоренность посевов, поражение их болезнями и вредителями, биологическую активность почвы и ее эрозионную устойчивость);
установить влияние черного и почвозащитного паров на урожайность яровой твердой пшеницы, качество зерна и в целом продуктивность 6-польных севооборотов;
дать агроэкономическую, энергетическую и экологическую оценки парам в системе севооборотов.
Научная новизна. Впервые на черноземах южных Оренбургского Предуралья решена задача защиты парового поля под яровую твердую пшеницу от всех видов эрозии в системе 6-польного севооборота во второй его ротации на базе длительного стационарного опыта. Определена агроэконо-мическая, энергетическая и экологическая эффективность зернопаропро-пашного и почвозащитного севооборотов на двух фонах питания.
Практическая значимость работы: применение почвозащитного пара на почвах, подверженных эрозии, взамен черного, позволит сохранить плодородие почвы, повысить продуктивность пашни и экономическую эффективность зернового производства.
5 Реализация результатов исследований
На основании проведенных исследований и производственной проверки внедрен почвозащитный пар под яровую пшеницу в 1999-2004 гг. в опытно-производственных хозяйствах «Урожайное» и им. Куйбышева Оренбургского НИИСХ. Общая площадь внедрений 400 га с экономическим эффектом - 420 руб. с 1 га.
Основные положения» выносимые на защиту:
научное обоснование приемов повышения эффективности пара под яровую твердую пшеницу, защита его от водной, ветровой и биологической эрозии, а также влияние его на агрофизические, агрохимические свойства, фитосанитарное состояние посевов и урожайность сельскохозяйственных культур;
агроэкономическая, энергетическая и экономическая эффективность севооборотов с черным и почвозащитным парами.
Апробация работы
Основные результаты исследований по теме диссертации доложены на областных научных конференциях молодых ученых и специалистов, семинарах - «День поля», ученых советах, методических комиссиях института ( 2000, 2001, 2002, 2004 гг.) и опубликованы в пяти научных статьях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству и списка литературы.
Работа изложена на 160 страницах компьютерного текста, включает 30 таблиц и 3 рисунка. Список литературы содержит 184 источника, в том числе 5 на иностранных языках.
Методика и программа проведения наблюдений и исследований
Исследования проводились на многолетнем стационарном опытном участке. Опыт был заложен в 4-х кратной повторности. Для изучения были взяты следующие варианты опыта:
1. Пар черный кулисный - яровая твердая тшіеница-—яровая мягкая пшеница - кукуруза на силос - яровая мягкая пшеница - ячмень.(Контроль)
2. Пар почвозащитный кулисный - яровая твердая пшеница - яровая мягкая пшеница - кукуруза на силос - яровая мягкая пшеница - ячмень.
Опыт проводился на двух фонах питания: удобренном и неудобренном. Черный кулисный и почвозащитный пары удобряется 42 т/га навоза и Р80К40 кг д.в. на 1 га.
Под непаровые предшественники под основную обработку почвы вносили N40 Р40 кг д.в. на 1 га.
Размеры делянок первого порядка, 14,4 х 90 м = 1296 м , второго 7,2 х 90 м = 648 м2 и третьего - 3,6 х 90 м = 324 м2.
В процессе изучения проводили следующие наблюдения:
1. Запасы воды в снеге определяли перед снеготаянием. Толщину снежного покрова определяли в 50-ти точках, плотность снега в 10-ти точках делянки (Рекомендации НИИСХ Юго-Востока, 1973 ).
2. Определение влажности почвы проводилось весовым методом (С.А. Воробьев и др., 1972), на двух несмежных повторностях, в слое почвы 0-150 см в пару, под непаровыми предшественниками в слое 0-100 см перед посевом, после уборки, перед уходом пашни в зиму.
3. Объемная масса почвы изучалась по Н.А. Качинскому: методом режущих колец, в 5-ти кратной повторности, в слоях 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, 20-25, 25-30 см, в те же сроки, что и влажность.
4. Общую пористость почв определяли расчетным методом (И.Б. Ревут, 1969).
5. Содержание подвижных питательных веществ определяли в почвенных пробах, взятых в 4-х точках делянки на двух несмежных повторностях перед посевом и в конце вегетации в слое 0-30 см.
Содержание нитратов определяли ионометрическим методом, подвижного фосфора - по Мачигину, обменного калия - на пламенном фотометре по Чирикову.
6. Эродируемость почвы паровых полей устанавливали по методике ВНИИЗХ в два срока, в конце парования и после посева твердой пшеницы ( Е.И. Шиятый , 1975).
7. Учет засоренности посевов проводили на закрепленных площадках размером I кв. м в 10 точках делянки на двух несмежных повторностях опыта количественным и количественно-весовым методом, по всходам и перед уборкой. Определение засоренности почвы семенами сорняков проводили взятием образцов буром в 3-х точках в 3-х кратной повторности двух несмежных повторений по горизонтам 0-10, 10-20, 20-30 см.
8. Изучение корневых остатков растений велось методом ИЗ. Станкова после уборки пшеницы. Корневые остатки в почве отбирали в слоях 0-10, 10-20, 20-30 см на двух несмежных повторностях опыта.
9. Учет поражения пшеницы корневыми гнилями проводили по методике ВИЗР( 1984).
10. Биологическую активность почвы изучали методом разложения льняного полотна. Тканевые полосы закладывались на глубину пахотного слоя после посева на двух несмежных повторностях опыта в 3-4-х точках делянки на 2-х фонах питания (Рекомендации НИИСХ Юго-Востока, 1973).
11. Подсчет густоты стояния растений пшеницы проводили на закрепленных площадках по 0,25 м2 в 4-х местах каждой делянки 2-х повторностей, в фазу полных всходов пшеницы и перед ее уборкой (Б. А. Доспехов, 1979).
Объемная массаи скважность почвы
Агрофизические свойства почвы в значительной степени определяют её плодородие. К основным показателям физического состояния относятся объемная масса почвы, которая в первую очередь отражает характер ее сложения. Главным показателем физического состояния почв является их плотность сложения, которая выражается через объемную массу или общей пористостью. От плотности почвы, особенно в пахотном слое, зависят водно-воздушный и тепловой режимы, обуславливающие активность деятельности почвенной микрофлоры, условия питания, роста и развития возделываемых растений (А.Г. Дояренко, 1929; И.Б. Ревут, 1969; И.П. Васильев и др. 1977).
Повышенная плотность сложения почвы отрицательно влияет на рост и развитие растений. Причиной угнетения растений на почвах с повышенной плотностью является - сопротивление развитию и проникновению корней в глубокие слои (СИ. Долгов, С.А. Модина 1969; И.Б. Ревут, 1972). Показателем плотности сложения почвы служит её объемная масса, которая варьирует от 0,85 до 2,0 г/см3.
Оптимальная плотность - это такая плотность, при которой создаются самые благоприятные условия по тепловому и воздушному, водному и пита тельному режимам почвы и которая способствует получению максимального урожая. Оптимальная величина плотности почвы на южном карбонатном чернозёме Целиноградской области - 1,08 - 1,1 г/см . Для яровой пшеницы в условиях среднего Поволжья оптимальная величина плотности почвы черно-зёма обыкновенного равна 1,1 — 1,2 г/см , на южных чернозёмах и темно -каштановых почвах - от 1,2 до 1,3 г/см (П.К. Иванов, Л.Н. Коробова, 1971). Для пропашных культур A.M. Васильевым и И.Б. Ревутом (1964) значение оптимальной плотности определены в пределах 1,05 - 1,2 г/см3, а на мало-гумусных легкосуглинистых чернозёмах Украины - 0,9 -1,1 г/см3 (И.П. Ко-товрасов, 1979).
Для южных чернозёмов Оренбуржья оптимальная плотность пахотного слоя почвы для зерновых культур составляет от 1,14 до 1,22 г на см3. Кроме оптимальной почвенной плотности имеется и равновесная. Равновесная плотность - величина непостоянная, она зависит от погодных условий и времени года. За равновесную плотность принимают величину объемной массы длительно не обрабатываемой почвы. Для чернозёмов Среднего Заволжья равновесная плотность пахотного слоя составляет от 1,0 до 1,3 г/см3. Для зерновых культур на чернозёмах южных Оренбуржья равновесная плотность почвы не превышает 1,22 г/см3 (О.В. Петдяев, 2001). Из приведённых литературных данных по равновесной плотности на чернозёмных почвах видно, что она совпадает с оптимальной для зерновых культур (табл, 3.2.1 и приложение 4).
В проведенных нами исследованиях по влиянию различных культур и предшественников на плотность почвы выявлено, что объёмная масса перед посевом имела самые высокие показатели и находилась на уровне оптимальной. В среднем за 1999 - 2001 гг. плотность почвы в зависимости от предшественника в пахотном слое составляла от 1,10 до 1,19 г на 1 см3.
Наиболее высокая объемная масса почвы весной перед посевом наблюдалась в черном пару под яровую твердую пшеницу. После уборки плотность почвы по всем предшественникам и культурам снизилась. Объемная масса почвы после уборки, так же как и перед посевом не выходила за пределы оптимальной плотности.
Перед уходом пашни в зиму плотность почвы вследствие проведения основной обработки на всех вариантах имела очень рыхлое строение - от 0,90 до 0,98 г на 1 см3.
Важным показателем агрофизических свойств почвы является её общая пористость, которая находится в прямой зависимости от плотности почвы. По своему состоянию общая пористость почвы перед посевом и после уборки была в пределах оптимальной.
На основании полученных данных можно сделать следующие выводы.
Наибольшая величина плотности почвы наблюдалась перед посевом ранних зерновых культур, исключение составляют последние поля севооборотов. После уборки вследствие разуплотнения пахотного слоя почвы, объемная масса снижается. Проведение основной обработки почвы приводит к снижению плотности перед уходом пашни в зиму и не выходит за пределы оптимального и равновесного значений.
Наименьшее и оптимальное значение общая пористость имеет перед посевом зерновых и их уборкой; перед уходом пашни в зиму пористость имеет самые высокие показатели, что отрицательно сказывается на сохранении влаги.
Накопление пожнивных и корневых остатков
Одним из факторов, ограничивающих величину урожаев зерновых культур в засушливых условиях Оренбуржья, является засоренность полей. Вред, наносимый сорняками, многосторонен. Они затеняют культурные растения, снижают температуру почвы на 2-4 С, из-за чего угнетается жизнедеятельность почвенных микроорганизмов (А.В. Фисюнов, 1984). Сорняки своими корнями выделяют в почву вредные для культурных растений вещества (П.П. Колмаков, В.ГЇ. Шашков, М.И. Тангиев, 1974). Поэтому на засоренных полях снижается полевая всхожесть семян культурных растений, задерживается рост и развитие корней.
Сорные растения расходуют больше влаги, чем культурные растения на создание единицы сухого вещества, тем самым иссушают корнеобитаемый слой почвы (В.Д. Панников, 1974). Являясь сильными конкурентами в борьбе за элементы питания ( С.А. Котт, 1961) они снижают эффективность минеральных удобрений. СМ. Новицкий (1966) сообщает, что осоты берут из почвы азота в 1,5 раза и калия в 3 раза больше, чем любая зерновая культура. Лебеда обыкновенная для своего роста и формирования семян выносит с гектара пашни свыше 800 т воды , до 40 кг азота ,свыше 70 кг фосфора, до 100 кг калия.
В посевах ранних яровых зерновых культур на опытном участке наибольшее распространение имели: из малолетних сорняков - щирица запрокинутая (Amaranthus retrofllexus ), щетинник сизый ( Setaria glauca, Setaria
viridis ), лебеда, марь белая ( Chenopodium album L), просо куриное (Echino-chloa cms galli), щирица жмидновидная ( Araaranthus blithoides ); из многолетних - бодяг полевой ( Cirsium arvense ), молокан татарский (Lactuca taarica), вьюнок полевой ( Convolvulus arvensis), осот желтый (Sonchus arven-sis).
Многообразие способов размножения, полиморфность, способность семян легко осыпаться и распространяться - все эти и другие особенности затрудняют уничтожение сорняков. Засоренность посевов сельскохозяйственных культур в засушливых регионах во многом зависит от погодных условий вегетационного периода. Это положение относится к малолетним сорнякам, потому что в засушливые годы при быстром иссушении верхнего слоя почвы они практически не всходят. Во влажные годы, наоборот, при громадных запасах семян в почве они интенсивно прорастают и наносят большой ущерб урожаю.
Для ранних зерновых культур малолетние, поздние сорняки (они в основном распространены на опытном участке) при качественном посеве не представляют большой опасности, так как находятся в нижнем ярусе зерновых культур и хорошо ими подавляются. Но при достаточном увлажнении во второй половине лета, когда прекращается рост зерновых культур, сорняки выходят из нижнего яруса, что в значительной степени затрудняет уборку урожая, а при задержке ее они могут осыпаться, повышая тем самым потенциальную засоренность будущих посевов. Большой вред малолетние поздние сорняки наносят урожаю пропашных культур, особенно во влажные годы. Несмотря на тщательное соблюдение технологии их возделывания, сорняки прорастают в рядках, когда уже закончилось междурядная обработка, что в значительной степени засоряет посевы и снижает урожайность.
Что касается многолетних сорняков, то погодные условия вегетационного периода очень незначительно оказывают влияние на их рост и развитие , так как они образуют мощную корневую систему, которая проникает вглубь до 1 ми более, поэтому всходы многолетников появляются даже при иссушении верхнего слоя почвы и дефиците влаги в пахотном слое.
Из всех агротехнических приемов в борьбе с сорной растительностью чистый пар является самым эффективным средством. В засушливых условиях основной задачей чистого пара является не только накопление влаги, но и уничтожение сорной растительности. При размещении по нему яровой пшеницы так остро не стоит задача сохранения влаги в весенне-летний период парования, как под озимые, на первый план здесь выходит борьба с сорной растительностью. Кроме того, в черном пару увеличению засоренности способствовало не только хорошее увлажнение верхнего слоя, но и повышенная плотность почвы с высоким содержанием нитратного азота, а также и внесение навоза. При внесении в пары навоза засоренность полей повышается , так как, по данным ВНИПТИОУ, віт навоза КРС содержится от 5 тыс. до 2 млн. семян сорняков, жизнеспособность которых приближается к 100 % и может сохраняться на этом уровне в течение продолжительного времени ( П.Д. Попов и др.? 1988). В борьбе с многолетними сорняками, чистый пар самый эффективный прием, который позволяет избавиться от них на 80-90%. Как показал наш опыт, для этого необходимо провести не менее 6-7 качественных культивации в весенне-летний период. Замена культивации в борьбе с корнеопрысковыми сорняками двумя или более глубокими обработками, не дает эффекта, так как эффект достигается не глубиной обработки, а истощением корневой системы поверхностными культивациями. Такая технология ухода за паром обеспечивает чистоту поля от многолетних сорняков до 4-5 лет, что не требует применения гербицидов. В засушливые годы чистый пар не является эффективным средством против малолетних сорняков, так как верхний слой почвы иссушается и они не всходят. В связи с этим, на будущий год на посевах твердой пшеницы при наличии большого количества семян малолетников в верхнем слое почвы наблюдается сильная вспышка засоренности
Морфологический и структурный анализы урожая
Применяемая агротехника, в комплексе с погодными условиями, создает условия для роста и развития растений и в конечном итоге, формирования урожая сельскохозяйственных культур. Поэтому, анализ показателей роста и развития растений имеет большое значение для правильной всесторонней оценки применяемых агротехнических приемов.
М.К. Сулейменов (1981) указывает на наличие положительной тесной взаимосвязи между кустистостью, высотой растений, накоплением надземной массы растений и урожайностью сельскохозяйственных культур.
В среднем за три года наших исследований показатели роста и развития растений не зависели от предшественника и варианта возделывания (табл. 5.2.1).
Так, показатель общей кустистости в среднем за 3 года не изменялся в зависимости от вида пара и фона питания, хотя по годам исследований отмечались широкие пределы варьирования (приложение 9).
Высота растений так же, как и предыдущий показатель, не зависела от изучаемых вариантов.
Такие показатели, как длина колоса и надземная воздушно-сухая масса растений с 1 м2, хотя и изменялись по вариантам, но не позволили нам проследить четкую зависимость от фона питания и вида пара.
Величена урожая зерновых (колосовых) культур определяется числом продуктивных стеблей на единице площади и продуктивностью колоса. Продуктивность колоса зависит от числа его колосков, его озерненности и массы зерна.
Число колосьев на единице площади при одинаковой норме высева определяется полевой всхожестью и кустистостью растений.
В среднем за 3 года проведения исследований число продуктивных стеблей на 1 м (табл. 5.2.2 и приложение 9) варьировало следующим образом: наиболее высоким оно было при возделывании мягкой пшеницы по твердой пшенице и почвозащитному пару и зависело от фона питания. По ос тальным культурам наблюдалась такая же закономерность - число продуктивных стеблей в последействии почвозащитного пара было выше.
Показатель числа колосков в колосе, определяемый для зерновых колосовых культур, аналогично предыдущему показателю на твердой пшенице был выше по почвозащитному пару. В последействии паров на яровую мягкую пшеницу по почвозащитному пару отмечалось снижение данного показателя в сравнении с контролем. Масса зерна с одного колоса в первую очередь зависела от уровня урожайности культуры и условий возделывания. В общем, по изучаемым севооборотам пределы варьирования составляли 0,1 г, что несущественно.
На основании морфологического и структурного анализа можно сделать следующие выводы: - изучаемые варианты не оказывают существенного влияния на показатели морфологии, которые в большей степени зависят от сложившихся погодных условий; - в среднем за три года исследований по почвозащитному севообороту отмечается некоторое увеличение отдельных показателей; - наилучшим предшественником для твердой пшеницы по показателям структуры является почвозащитный пар, а в последействии на мягкую пшеницу - черный пар; - внесение удобрений в различной степени оказывает влияние на показатели структуры урожая, но не позволяет выявить четкой закономерности .
Основным фактором, влияющим на урожайность сельскохозяйственных культур за годы исследований, были погодные условия.
В 1999 году за вегетационный период сельскохозяйственных культур выпало 132 мм осадков, при многолетней норме 156 мм, среднесуточная температура составила 18,6С, ГТК - 0,52.
Изучаемые предшественники и фоны питания также оказывали влияние на величину урожайности сельскохозяйственных культур.
Так, в 1999 году наибольшая урожайность твердой пшеницы (табл. 5.3.1) была получена по почвозащитному пару, разница составила соответственно 0,29 на удобренном фоне и0,18тс 1 га на неудобренном.
Основными причинами более низкой урожайности твердой пшеницы по черному пару, в сравнении с почвозащитным, являются более высокая засоренность посевов малолетними сорняками во влажные годы, большая по-раженность ее корневыми гнилями и нарушение соотношения между нитратным азотом и подвижным фосфором в отдельные годы.
