Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1. Биологические показатели плодородия почвы 10
1.2. Характеристика сельскохозяйственных культур как предшественников и их продуктивность в севообороте 27
1.3. Средообразующее влияние культур на агрофизические, водные свойства и фитосанитарное состояние почвы 39
2. Почвенно - климатические условия и методика проведения исследований 60
2.1. Метеорологические условия и характеристика вегетационных периодов в годы проведения исследований 60
2.2. Методика проведения исследований 69
3. Влияние культур и севооборотов на агрофизические свойства почвы 75
4. Водный режим в посевах сельскохозяйственных культур в зависимости от предшественника и севооборота 92
5. Засоренность посевов различных культур в зависимости от их размещения и вида севооборотов 108
6. Влияние культур и севооборотов на воспроизводство органического вещества и баланс гумуса 126
6.1. Накопление биомассы в пожнивно - корневых остатках и побочной продукции растениеводства 126
6.2. Влияние севооборотов на баланс гумуса 141
6.3. Химический состав соломы, корневых и пожнивных остатков 147
7. Продуктивность культур и севооборотов 155
8. Экономическая и биоэнергетическая оценка севооборотов 175
Выводы 187
Рекомендации производству 193
Список литературы 194
Приложения 215
- Биологические показатели плодородия почвы
- Метеорологические условия и характеристика вегетационных периодов в годы проведения исследований
- Влияние культур и севооборотов на агрофизические свойства почвы
- Водный режим в посевах сельскохозяйственных культур в зависимости от предшественника и севооборота
- Засоренность посевов различных культур в зависимости от их размещения и вида севооборотов
Биологические показатели плодородия почвы
Почву можно рассматривать как своеобразный энергетический банк. По подсчетам В.А. Ковды (1973) и И.В. Якушкина (1949), в гумусе почвенного покрова Земли аккумулировано столько же солнечной энергии, сколько и во всей надземной массе растительности. Именно этот банк энергии и пищи в течение многих веков обеспечивал плодородие черноземов и других богатых гумусом почв без внесения в них минеральных удобрений.
Непрерывно изменяясь в количественном и качественном отношениях, органическое вещество почвы, основную часть которого составляет гумус, определяет уровень естественного плодородия почвы, обеспеченность ее элементами минерального питания растений и физико - химические свойства.
Земельный фонд Российской Федерации в настоящее время составляет 1 709, 7 млн. га. В структуре земельного фонда сельскохозяйственные угодья занимают 222, 0 млн. га, или 13 %, в том числе пашня - 131,6 млн. га.
Анализ структурных изменений земельного фонда России показывает, что за период с 1940 по 1990 годы из оборота выбыло 26, 4 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе с 1965 по 1990 годы - 12 млн. га, из них пашни - 4,5 млн. га.
Соответственно, с уменьшением площади сельскохозяйственных угодий и пашни сокращается их площадь в расчете на одного жителя России. Так, за четверть века площадь сельскохозяйственных угодий на одного жителя сократилась с 1, 87 га в 1965 году до 1, 49 га в 1990 году, а пашни соответственно с 1, 06 до 0, 89 га.
Наряду с неблагоприятными изменениями в структуре земельного фонда наметилась устойчивая тенденция ухудшения качественного состояния сельскохозяйственных угодий ( А.Н. Каштанов, М.Н. Заславский, 1983; И.В. Кирюшин, 1983; И.Я. Ремезюк, 1975 ).
Три четверти пашни находятся в лесостепной, степной и сухостепной зонах, причем более половины ее периодически испытывают недостаток влаги ( С.А. Вериго, Л.А. Разумова, 1963; Г. Данилов, 1972 ). Почвы с низким, средним и очень низким содержанием гумуса занимают 87, 8 % пашни ( И.И. Зезюков, И.И. Придворьев, 1996 ).
Уничтожаются и подвержены деградации лучшие почвы России -черноземы. Это при том, что около 60 % площади пашни расположено на черноземах, занимающих всего 8 % территории страны (Б.В. Андриянов, Г.Н.Лысак, 1975).
По обобщенным данным содержание гумуса в почвах снизилось до критического уровня. За последние 100 лет в черноземах Русской равнины его количество уменьшилось по сравнению с данными В.В Докучаева (1883 ) почти вдвое.
Метеорологические условия и характеристика вегетационных периодов в годы проведения исследований
Исследования проводились на территории учебного хозяйства ОГАУ, в 8 километрах восточнее города Оренбурга. В целом она представляет собой обширную волнисто-увалистую равнину, приподнятую на 200-400 м над уровнем моря, с водораздельными увалами и грядами Общего Сырта, чередующимися с обширными выровненными пространствами террас крупных рек.
Значительная удаленность данной зоны от морей и океанов, близость ее к полупустыням Казахстана и Средней Азии, обуславливают резкую континентальность климата. Большая годовая амплитуда температуры воздуха ( разность между средними температурами самого теплого и холодного месяцев ) является одним из показателей континентальное климата. Средняя многолетняя температура самого теплого месяца ( июль ) равна 20,9 С, и самого холодного ( январь ) составляет -14,9 С. При этом разность между абсолютным минимумом и максимумом достигает 87 С. Продолжительность теплого периода года ( со среднесуточной температурой их воздуха менее О С ) 159 дней. Переход температуры через 5 С ( начало и конец вегетации растений ) наблюдается весной 17-19 апреля, осенью 22-25 сентября. Сумма положительных температур выше 5 С составляет 2600-2800 С, сумма температур выше 10 С - 2400-2600 С.
Климат зоны отличается засушливостью. Среднегодовое количество осадков для Оренбурга равно 367 мм с достаточно резкими колебаниями в ту или иную сторону. В течение года осадки также выпадают неравномерно, в теплый период они составляют 60 % от годового количества. Величина ГТК составляет 0,6-0,8. Коэффициент использования осадков не превышает 0,38-0,56.
Ко времени наступления массового сева озимых культур запасы продуктивной влаги в пахатном слое составляют 10-28 мм, в метровом слое 50-95 мм, оптимальное же обеспечение озимых культур влагой в осенний период вегетации достигается лишь при наличии перед посевом в слое 0-20 см не менее 30 мм доступной влаги, но такие запасы в центральной зоне области наблюдаются 1-3 раза в 10 лет.
Влага, накопленная в почвенном профиле к весне, является основным источником водоснабжения как озимых, так и яровых культур в течении всего вегетационного периода. К моменту сева яровых ранних культур в зоне Оренбурга запасы доступной влаги в метровом слое почвы по среднемноголетним данным составляют 140-150 мм, к концу вегетационного периода они снижаются часто до уровня недоступного запаса.
Влияние культур и севооборотов на агрофизические свойства почвы
Каждый вид сельскохозяйственных растений в процессе своего роста и развития оказывает разностороннее влияние на плодородие почвы, непременным условием которого является благоприятное сложение и строение пахотного слоя. Оно связано как с биологическими особенностями самих растений (развитие корневых систем, их уплотняющая способность, корневые выделения, поступление растительных остатков и их химический состав), так и с механическим воздействием на почву наборов машин и орудий, отвечающих технологиям возделывания той или иной культуры.
Многочисленными исследованиями установлено, что физические условия в длительно обрабатываемых черноземах значительно хуже, чем на целине (Н.А. Какчинскии, 1950; П. А. Костычев, 1951; В. В. Медведев, 1988 и др.).
Главным показателем физического состояния почв является их плотность сложения, которая выражается через объемную массу или общей пористостью. От плотности сложения зависит водный режим: слишком плотные почвы не пропускают воду и мало содержат в своих порах влаги, а слишком рыхлые почвы повышают конвекционно-диффузное испарение влаги.
Для большинства сельскохозяйственных культур оптимальные показатели плотности почвы характеризуются некоторыми интервалами значений. Так, по данным П. П. Колмакова и А. М. Нестеренко (1981) оптимальная величина плотности почвы на южном карбонатном черноземе Целиноградской области- 1,08- 1,1 г/ см3. На южных среднесуглистых черноземах засушливых степей Саратовского Заволжья в исследованиях Ю. Ф. Кудюкова и И. И. Колодиной (1978) ее значения изменялись в пределах 1,20-1,30 г/ см3 для яровой пшеницы, в то же время у П. П. Колмакова и А. М. Нестеренко (1981) она колеблется от 1,05 до 1,15 г/см3. Для яровой пшеницы в условиях среднего Заволжья оптимальная величина плотности почвы чернозема обыкновенного равна 1,1-1,2 1,15 г/см3, для озимых- 1,10-1,30 г/см3, кукурузы и гороха- 0,90-1,10 г/см3. Для пропашных культур А. М. Васильевым и И. Б. Ревутом (1972) значения оптимальной плотности определены в пределах 1,05-1,2 г/см3, а на малогумусных легкосуглинистых черноземах Украины И. П. Котовасовым(1979)- 0,9-1,1 г/см3. С. И. Долгов, С. А. Модина (1969) и другие установили, что при большой плотности почвы, когда в ней содержится менее 15 % пор аэрации от объема почвы, обмен почвенного и атмосферного воздуха почти прекращается, поэтому кислород быстро расходуется, а количество углекислого газа увеличивается. Отсутствие кислорода затрудняет дыхание корней и поглощение ими питательных веществ из раствора, снижается активность микробиологических процессов и мобилизация питательных веществ.
Водный режим в посевах сельскохозяйственных культур в зависимости от предшественника и севооборота
Главным фактором, определяющим урожайность сельскохозяйственных культур в степной зоне Южного Урала, является влагообеспеченность. Поэтому задачей богарного земледелия является борьба с засухой. Приемы борьбы с засухой связаны, с одной стороны, со снижением биологических потребностей во влаге за счет подбора засухоустойчивых культур и сортов, оптимизации густоты и сроков посева, подбора лучших предшественников, очищение посевов от сорняков, создание оптимальных агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия почвы, снижающих расход воды на единицу продукции за счет совокупного действия факторов.
С другой стороны необходимо улучшать водный баланс в почве за счет мероприятий по накоплению осадков в корнеобитаемом слое, снижение потерь влаги на испарение и стока с поверхности почвы, т. е. повышение эффективности использования годовых атмосферных осадков.
В расходной части водного баланса, кроме транспирации, ведущей статьей является испарение с поверхности почвы. К мерам по снижению физического испарения относятся регулирование агрофизических параметров обработкой почвы, мульчирование поверхности органическими остатками и рыхлым поверхностным слоем почвы, оптимальные сроки и густота посева.
Более эффективное использование осадков осуществляется также за счет подбора лучших предшественников, и в целом севооборота, защиты растений от болезней, вредителей и сорняков.
Помимо иссушающего влияния культуры на почву большое значение имеет время уборки и, соответственно, период послеуборочного влагонакопления, что непременно учитывается при формировании севооборотов.
В условиях Оренбуржья сумма осадков за вегетационный период по среднемноголетним данным составляет около 56% от годового количества. Поэтому создание здесь максимального весеннего запаса продуктивной влаги в почве за счет весенне-зимних осадков является важным условием получения гарантированного урожая. За счет них формируется до 70 % урожая сельскохозяйственных культур (С. А. Вериго, Л. А. Разумова, 1963).
При оценке предшественников одним из критериев является остаточные запасы влаги. В засушливых условиях по наблюдениям кафедры земледелия ОГАУ (А. В. Кислов, 1996) они бывают выше у кормовых культур, чем у зерновых; у пропашных по сравнению с культурами сплошного посева; у однолетних по сравнению с многолетними травами. В расходной части водного баланса почвы самые значительные потери происходят на непродуктивное испарение с поверхности поля, особенностей растений и предшественника в севообороте.
Перед посевом ранних яровых, в частности, ячменя с донником и ячменя с горохом, запасы влаги в метровом слое составляли в 1993-95 гг. 148,3 мм. До посева кукурузы были проведены две культивации, от посева ранних яровых до посева кукурузы прошло 2 недели, и за это время испарилось 13,3 мм. До посева суданской травы было проведено 4 культивации в борьбе с сорняками, и потери влаги составили 27,9 мм (табл. 4.1).
Засоренность посевов различных культур в зависимости от их размещения и вида севооборотов
Многовековой практикой отечественного и зарубежного земледелия установлена необходимость чередования сельскохозяйственных растений, так как возделывание одних и тех же культур на постоянных участках приводит к резкому снижению их урожайности в результате ухудшения эффективного плодородия почвы, распространения вредителей, болезней и сорняков.
Севооборот - важнейший биологический фактор современного земледелия, оказывающий интенсивное регулирующее воздействие на численность и видовой состав сорного компонента агрофитоциноза. В стационарном опыте кафедры земледелия и методики опытного дела ТСХА (Туликов А.М, 1982) засорённость посевов озимой пшеницы, ячменя и картофеля малолетними и многолетними сорняками в плодосменном севообороте была существенно ниже в сравнении с их бессменными посевами или двухпольным чередованием. Многие исследования показывают, что в севообороте по сравнению с бессменными посевами засорённость полевых культур уменьшается в 2-5 раз и более (А.И. Голубков, 1997, 1998; С.А.Котт, 1947;В.Д. Панников, 1974; П.Г. Пыхтин, 1995 и др.).
Интенсивность регулирующего воздействия различных сельскохозяйственных культур на сорный компонент агрофитоциноза определяется главным образом двумя основными факторами: способностью самой культуры подавлять сорные растения и особенностями технологии её возделывания. Высоким уровнем конкурентоспособности по отношению к сорнякам характеризуются озимые зерновые культуры, многолетние травы; средним уровнем - ячмень, овёс, подсолнечник, кукуруза и слабым уровнем - яровая пшеница, просо, горох, сахарная свекла, картофель. Успешно подавляют сорняки быстрорастущие высокостебельные культуры, активно формирующие мощную вегетативную массу. (С.А.Воробьёв, 1979,1982)
В специализированных севооборотах при низком уровне агротехники наблюдается существенное увеличение засорённости посевов и почвы, прежде всего за счет интенсивного размножения близких по биологии с культурами видов сорных растений. В посевах яровых зерновых культур и льна при повторном возделывании на одно поле в структуре сорного компонента агрофитоциноза значительную долю занимают яровые сорняки, в посевах озимых зерновых - озимые и зимующие, в посевах многолетних трав - двулетние и многолетние сорняки.
Чередование в севообороте разных по биологии и агротехнике возделывания культур обеспечивает эффективное регулирующее воздействие на все биологические группы сорных растений. Особенно большое значение в системе регулирующих мероприятий отводится чистым и занятым парам.
