Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние изучаемого вопроса 6
Глава II. Условия и методика проведения опытов 26
2.1. Климатические и погодные условия 26
2.2. Почвенные условия 31
2.3. Схема полевого опыта 33
2.4. Методика учетов и наблюдений 35
Глава III. Формирование показателей плодородия серой лесной почвы в зернопаровом севообороте при различных системах основ ной обработки 37
3.1. Агрофизические показатели серой лесной почвы при различных системах основной обработки (структурное состояние и плотность) 37
3.2. Водный режим серой лесной почвы при различных системах основной обработки почвы . 43
3.3. Агрохимические показатели плодородия серой лесной почвы 52
3.4. Засоренность посевов, содержание семян сорняков в почве 58
3.4.1. Запас семян сорных растений в почве 5 8
3.4.2. Засоренность зерновых культур в зернопаровом севообороте 60
Глава IV. Продуктивность зернового севооборота при различных системах основной обработки серой лесной почвы 77
Глава V. Экономическая и биоэнергетическая эффективность систем основной обработки серой лесной почвы 85
Выводы 91
Рекомендации производству 93
Список использованной литературы
- Почвенные условия
- Методика учетов и наблюдений
- Водный режим серой лесной почвы при различных системах основной обработки почвы
- Запас семян сорных растений в почве
Введение к работе
Развитие зернового хозяйства в области предусматривает устойчивое наращивание валовых сборов зерна за счет повышения урожайности зерновых культур. Это возможно только при эффективном использовании почвен-но-климатического потенциала местности, применении научно-обоснованной, постоянно совершенствующейся зональной системы земледелия и достижений сельскохозяйственной науки.
Севооборот и основная обработка почвы в нем, являются важным условием получения высоких, устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Научно обоснованная система основной обработки, изменяя течение микробиологических процессов, выступает регулирующим фактором трансформации органического вещества и повышении плодородия почвы. Этот производственный процесс - самый энергоемким в сельском хозяйстве. Применение ресурсосберегающих приемов основной обработки почвы способствует снижению себестоимости зерна, и позволяет обеспечить воспроизводство плодородия почв.
Широкозахватные посевные комплексы отечественного и зарубежного производства удовлетворительно работают только на выровненных полях, что обеспечивает обработка почвы без оборота пласта. В подтаежной зоне Тюменской области зерновые возделываются на отвально обработанных аг-роландшафтах. В настоящее время меняется подход к системе основной обработки почвы в связи с применением широкого спектра средств химизации.
В Тюменской области изучением данного вопроса занимались В.А. Фе-доткин, Н.В. Абрамов (1990), Н.В. Абрамов (1992) на черноземных и серых лесных почвах; Н.Т. Воронова (1987), Н.В. Перфильев, М.Д. Авдеенко (1995) на темно-серых лесных почвах, однако большинство этих исследований было проведено в условиях лесостепной зоны.
Цель работы - изучить продуктивность зернопарового севооборота при различных системах основной обработки серой лесной почвы в подтаёжной зоне Тюменской области.
В задачи исследований входило:
выявить влияние различных систем основной обработки почвы на водно-физические и агрохимические свойства почвы;
установить процесс структурообразования при различных системах основной обработки почвы;
изучить формирование засорённости посевов и почвы при различных системах основной обработки почвы;
изучить формирование урожайности зерновых культур при различных системах основной обработки почвы;
дать экономическую и биоэнергетическую оценку изучаемых систем обработки почвы.
Научная новизна. В условиях подтаежной зоны Тюменской области изучены ресурсосберегающие системы основной обработки серой лесной почвы. Установлены процессы формирования водно-физических, биологических и агрохимических свойств серой лесной почвы при использовании элементов минимализации в системе основной обработки. Определено влияние изучаемых систем основной обработки почвы на продуктивность зерновых культур в зернопаровом севообороте. Дано экономическое и биоэнергетическое обоснование систем основной обработки серой лесной почвы.
Практическая значимость. Использование дифференцированной, безотвальной, минимальной и нулевой систем основной обработки позволит улучшить агрофизические, агрохимические и биологические показатели серой лесной почвы в условиях подтаёжной зоны Тюменской области. Экономическая и биоэнергетическая оценка обосновывает целесообразность применения дифференцированной системы основной обработки почвы. Данная система позволяет получить зерно с рентабельностью 48,4 % и наибольший энергетический коэффициент - 2,63, а также обеспечить расширенное воспроизводство плодородия почвы. Результаты исследований прошли производственную проверку в хозяйствах подтаежной зоны на площади 1700 га.
Объект исследований. Серая лесная почва подтаежной зоны Тюменской области.
Предмет исследований. Зерновой с занятым паром севооборот с использованием различных систем основной обработки почвы.
Положение выносимое на защиту: система дифференцированной обработки почвы обеспечивает получение урожайности 3,25 т/га с рентабельностью 43,6 % и расширенное воспроизводство плодородия почвы.
Апробация работы. Результаты исследований в течении 2000-2003 гг. докладывались на заседании кафедры почвоведения и агрохимии Тюменской ГСХА. Сделаны сообщения на региональных научных конференциях молодых ученых (г. Тюмень, 2005, 2006 гг.) на научно-практической конференции в г. Новосибирске (2006 г.). На опытах проведено два областных научно-производственных совещания (1998 и 2001 гг.) и ежегодно - производственные совещания районного и зонального уровня. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, в т.ч. одна в ведущем рецензируемом научном журнале.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах, включает 28 таблиц, 12 рисунков и 30 приложений. Она состоит из введения, четырех глав, выводов и предложений производству. Список использованных источников включает 225 наименований, в т.ч. 7 иностранных авторов.
Выражаю искреннюю признательность и глубокую благодарность научному руководителю профессору Н. В. Абрамову; кандидатам сельскохозяйственных наук Г. Д. Притчиной, Е. П. Реневу, Д.И Еремину, доценту А.Г. Каракиной за консультации при написании работы; научному сотруднику О.И.Симоновой, за помощь при проведении анализов; студентам агрономического факультета, принимавшим участие в сборе материала, использованного в данной работе.
Почвенные условия
В геоморфологическом отношении подтаежная зона располагается в пределах восточной окраины Зауральской равнины и северной окраины Ишимской равнины. Почвообразующие породы представлены преимущественно озерно-аллювиальными покровными карбонатными суглинками и глинами.
Древесная растительность представлена крупными массивами берёзовых лесов, на дюнах - сосновыми борами. Леса занимают более 30 % территории подтаёжной зоны.
Структура почвенного покрова в подтаёжной зоне складывается из сочетания торфяно-болотных, серых лесных и дерново-подзолистых почв. В пределах землепользования подтаежной зоны наибольший удельный вес имеют серые лесные почвы (около 350 тыс. га), или 29 % от общей площади землепользования. В пашне зоны 57 % серых лесных почв, в том числе светло-серых и серых - 43 %.
Л.Н. Каретин (1990) отмечал, что серые лесные почвы имеют сравнительно благоприятные физико-химические свойства. Содержание гумуса 2,5-3,5 %, гумус, как у чернозёмов, - гуматный. Ёмкость поглощения - до 20-30 мг-экв. В составе поглощённых оснований преобладает Са, гидролитическая кислотность невелика. По величине pHKCi почвы относятся к слабокислым.
Серые лесные почвы обладают вполне удовлетворительными водно-физическими свойствами. Гумусовый горизонт имеет небольшую плотность 1,13-1,28 г/см и высокую общую порозность - 51-55 % с благоприятными условиями аэрации. У серых лесных почв вполне удовлетворительная микроструктура, хорошая водопроницаемость - 200 мм за 3 часа.
Согласно проведённому агрофизическому и агрохимическому анализу (табл.1, 2) почва опытного поля серая лесная осолоделая среднесуглинистая.
А пах. 0-22 см Увлажнён, тёмно-серый, при подсыхании серый, комко-вато-пылеватый, рыхлый, корни, среднесуглинистый, переход ясный.
В 22-45 см. Увлажнён, бурый, мелко ореховатый с обильной кремнезёмистой присыпкой, глянцеватость по граням структурных отдельностеи, уплотнен, сверху корни растений, тяжелосуглинистый. Переход постепенный.
Вг 45-100 см. Увлажнён, светло-бурый, мелко ореховатый, кремнеземистая присыпка, глянцевитость, уплотнён, корни растений, корневые ходы, тяжелосуглинистый, переход постепенный.
ВС 100-140 см. Свежий, светло-бурый, ореховатый с глянцевитостью по граням структурных отдельностеи, сизые пятна, уплотнён, встречаются ходы корней, их мало, тяжелосуглинистый. Переход постепенный. Co 140 см и глубже. Влажный, светло-бурый, бесструктурный, уплотнен, сизоватые пятна. На глубине 153 см карбонаты в виде конкреций и вкраплений. С глубины 150 см сизоватые примазки и пропитки, тяжелосуглинистый.
(Описание профиля почвы проведено доцентом Н.М. Сулимовой)
Стационарный опыт по изучению влияния различных систем основной обработки на показатели плодородия серой лесной почвы и продуктивность пашни в зерновом севообороте заложен в АО «Таушинское» Юргинского района Тюменской области в 1992 году. Стационар расположен в подтаёжной зоне и находится в 18 км к востоку от с. Юргинское. Опыт заложен на серой лесной почве. До закладки опыта на этом полевом участке возделывал-ся горох.
В результате рекогносцировочного посева было установлено, что выбранный участок вполне пригоден для закладки на нём полевого опыта. В опыте на фоне комплексного применения удобрений и гербицидов изучали пять систем основной обработки серой лесной почвы. 1. Обработка плугом ПН-4-35 (контроль). 2. Дифференцированная обработка почвы, которая предусматривает один раз в три года обработку ПН-4-35 и два года - КПЭ-3,8. 3. Безотвальная обработка плугом со стойками СибИМЭ. 4. Обработка почвы культиватором КПЭ-3,8. 5. Прямой посев сеялками СЗС-2,1 без осенних обработок.
В качестве органического удобрения использовали солому зерновых и сурепицу на сидерат. Из минеральных удобрений применяли аммиачную селитру из расчёта на планируемую урожайность 3,0 т/га плюс 10 кг на каждую тонну вносимой соломы. Посевы обрабатывали гербицидом Луварам в дозе 1,2 л/га.
Методика учетов и наблюдений
Структура - одно из важных свойств почвы, от которого зависит ее плодородие. Важные исследования по вопросам почвенной структуры принадлежат выдающимся русским ученым В.Р. Вильямсу (1949), В.В. Докучаеву (1951), К.К. Гедройцу (1926), П.А. Костычеву (1949). В условиях интенсивного земледелия велико отрицательное влияние тяжелой техники на деградацию почвы: уплотнение и разрушение ее структуры (В.Н. Слесарев, Н.В.Абрамов, 1992).
Механическая обработка оказывает воздействие на структуру почвы, разрушая ее, но по мнению Т.С. Мальцева (1955) процесс структурообразо-вания можно регулировать приемами обработки почвы. Применение приемов минимальной обработки почвы не приводят к ухудшению ее структурного состояния, что подтверждается многочисленными исследованиями на различных типах почв (В.А. Чернышов,1967; И.П. Макаров, Г.Д. Аверьянов, М.С. Матюшин, 1984; Ф.Т. Моргун, Н.К Шикула, 1984; А.И. Пупонин, 1984; Минимальная обработка, 1993).
Структурное состояние серой лесной почвы в наших опытах в слое 0-30 см, где с 1992 г. применялась минимальная и нулевая системы основной обработки, по шкале Н.А. Качинского (приложение 3) оценивается как отличное, на остальных вариантах - как хорошее (табл. 3). В слое 0-10 см по сравнению с контролем отмечается увеличение фракции размером 10-0,25 мм при минимальной системе обработки почвы на 1,49 % за счет снижения количества глыбистой фракции (приложение 4 и 5.). Обработка почвы без оборота пласта способствует увеличению количества агрономически ценных агрегатов в слоях 10-20 и 20-30 см по сравнению с контролем, что обусловлено оптимальной влажностью структурообразования в период проведения обработки на этих вариантах (приложение 6). Содержание пылеватой фракции на всех вариантах опыта было незначительным и не превышало критического порога вредоносности орудий - 25-35 % отмеченных В.Р. Вильямсом (1949). Увеличение содержания глыбистой фракции в слое 0-10 см отмечалось на варианте с безотвальной системой обработки почвы.
Аналогичная закономерность получена в опытах С.А. Маланичева (1988), где применение минимальной и нулевой системы обработки оподзо-ленного чернозема в условиях Среднего Урала способствовало улучшению ее структурного состояния. В опытах Н.В. Перфильева и М.Д. Авдеенко (1995) использование дифференцированной и безотвальной систем обработки серой лесной почвы не привело к ухудшению ее структуры. Показатель коэффициента структурности в наших опытах увеличивался на вариантах с использованием бесплужных обработок почвы до 4,0-5,9 за счет снижения глыбистой фракции и увеличения количества агрономически ценных агрегатов, так как содержание пыли было незначительным.
Водопрочность структуры на изучаемых системах обработки почвы по оценочной шкале Н.А. Качинского была неудовлетворительной, что обусловлено содержанием гумуса и его качеством (рис. 2, приложение 3). Количество водопрочных агрегатов на изучаемых системах основной обработки почвы в слое 0-10 см не имело существенных различий с контролем. Достоверное увеличение количества водопрочных агрегатов в слое 10-20 см отмечено на вариантах с дифференцированной и безотвальной системами обработки почвы.
Применение безотвальной системы обработки почвы увеличило водопрочность агрегатов в слое 20-30 см относительно контроля, а дифференцированная, минимальная и нулевая системы обработки не имели отрицательного влияния на водопрочность структуры. Безотвальная система обработки в слое 0-30 см способствовала улучшению водопрочности структурных агре гатов, а дифференцированная, минимальная и нулевая системы обработки по формированию водопрочной структуры были на уровне контроля.
Таким образом, поверхностная обработка серой лесной почвы способствовала увеличению агрономически ценных агрегатов в пахотном слое. Содержание агрегатов размером 0,25-10 мм в диаметре увеличилось до 85,6 %, а коэффициент структурности - до 5,9. Наибольшее содержание водопрочных агрегатов в слое 0-30 см было при безотвальной обработке почвы ЛП-0,35-33,4 %.
Водный режим серой лесной почвы при различных системах основной обработки почвы
Вода - один из главных факторов жизни растений. Все жизненные процессы в растениях идут только при достаточном их снабжении водой в течение всего вегетационного периода. О степени влагообеспеченности можно судить по количеству доступной для растений влаги в почве. К факторам формирования запасов почвенной влаги относится водопроницаемость почвы, которая зависит от ее типа, гранулометрического состава, показателя плотности, структурно-агрегатного состава, содержания водопрочных агрегатов (Н.А. Качинский, 1927, 1989; И.Б. Ревут, 1968, 1972). Обработка почвы считается регулирующим механизмом передвижения воды в пахотном слое (И.П. Макаров, 1984; Н.З. Милащенко, 1978).
Определение водопроницаемости проводили в осенний период, т.к. в условиях подтаежной зоны Тюменской области осадки послеуборочного периода составляют до 45 % пополнения запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы. В наших опытах водопроницаемость серой лесной почвы на третий час экспозиции с поверхности была выше на контрольном варианте и составила 0,50 мм/мин и характеризовалась как средняя, на остальных изучаемых вариантах водопроницаемость была ниже на 44-80 % (табл. 6, приложение 29). Снижение скорости впитывания воды на полях, обработанных безотвально ЛП-0,35, культиватором КПЭ-3,8 и без осенней обработки, объясняется увеличением плотности пахотного слоя почвы. При выпадении осадков ливневого характера пахотный слой не мог полностью их аккумулировать, поэтому происходил поверхностный сток воды с поля. Ограниченное впитывание атмосферных осадков при интенсивном их выпадении в осенний период обусловлено и тем, что нижние слои с глубины 25 см имели более плотное сложение и, как следствие, слабую водопроницаемость.
Водопроницаемость подпахотного слоя серой лесной почвы (с глубины 25 см) на изучаемых вариантах основной обработки почвы составила 0,08-0,04 мм/мин. Передвижение воды на вариантах с минимальной обработкой почвы культиватором КПЭ-3,8 на глубину 12-14 см и без осенней обработки была ниже контроля на 50 %, что связано с увеличением плотности слоя 20-30 см. Применение дифференцированной системы обработки, где чередуются отвальная вспашка на глубину 23-25 см и обработка культиватором КПЭ-3,8 на глубину 12-14 см, снизило водопроницаемость на 25%, где плотность почвы была выше на 0,02 г/см3. Величина водопроницаемости почвы на вариан те с применением безотвальной обработки стойками СибИМЭ на глубину 18-20 см была равна контролю, что объясняется улучшением структурного состояния нижней части пахотного слоя, в том числе и увеличением количества водопрочных агрегатов.
Таким образом, изучаемые системы основной обработки серой лесной почвы резко снижали ее водопроницаемость в осенний период как на поверхности, так и с глубины 25 см. 6. Водопроницаемость серой лесной почвы при различных системах основной обработки, мм/мин Пополнение почвы влагой в весенний период зависит от запасов воды в снежном покрове, накопленных к концу зимы. Величина их определяется высотой и плотностью снега. Накопление снега на поле во многом зависит от применяемой системы основной обработки почвы. Бесплужные системы основной обработки почвы с сохранением стерни способствали лучшему накоплению снега и более равномерному его распределению по полю. При этом почва промерзает на меньшую глубину, весной быстрее оттаивает и лучше накапливает влагу (Федоткин В.А. 1968; Фольмер Н.И. 1972; Черепанов М.Е. 1974, 1983).
В наших опытах средняя высота снежного покрова на изучаемых вариантах была выше контроля на 6,6-28,6 % и составила 29-35 см (табл. 7). Наиболее интенсивное накопление снега происходило на варианте без осенней обработки почвы, что связано с наибольшим количеством оставленной здесь стерни. На полях, обработанных без оборота пласта и без осенней обработки, соответственно увеличивались и запасы воды в снеге на 12,7-39,1 мм по сравнению с полем обработанным отвально.
В условиях подтаежной зоны Тюменской области дифференцированная, безотвальная и минимальная системы обработки по накоплению запасов продуктивной влаги в осенне-зимний период были равнозначны вспашке. Дифференцированная система обработки почвы создавала оптимальные условия водного режима для роста и развития яровой пшеницы как в засушливые, так и в увлажненные годы, о чем свидетельствует более низкий коэффициент водопотребления.
Испарение - одна из статей расхода влаги из почвы. В подтаежной зоне важное значение имеет сохранение влаги весной в период от схода снега до посева зерновых культур. По мнению Д.И. Бурова, 1947; Б.Д. Михайлова, 1955; М.З. Журавлева, 1969; И.Б. Ревута, 1972; Н.В. Абрамова, 1992, испарение воды из почвы есть функция ее влажности. Кривые зависимости испарения от влажности, полученные разными авторами, несмотря на значительные различия в их ходе, имеют много общего.
Запас семян сорных растений в почве
Один из основных источников формирования сорного компонента агро-фитоценоза - потенциальный запас семян сорняков. На его изменение и распространение семян сорных растений в пахотном слое почвы оказывают системы основной обработки.
Определение потенциальной засоренности серой лесной почвы после одиннадцати лет применения различных систем основной обработки показало, что в слое почвы 0-30 см накопилось различное количество семян сорняков (табл. 17.). Содержание их на поле, обрабатываемом отвал ьно, составило 71,9 тыс. шт./м , на полях с дифференцированной, безотвальной, минимальной системами обработки и без осенней обработки их количество было ниже на 64,8-84,4 %, так как семена сорных растений на данных системах обработки в большинстве своем находились в слое 0-10 см, что способствовало их лучшему прорастанию в весенний период и уничтожению всходов предпосевными обработками. При высоком уровне технологии возделывания зерновых в опытах количество семян сорняков через одиннадцать лет сократилось на варианте с дифференцированной обработкой в 2,8 раза, с безотвальной - в 3,4 раза, минимальной - в 5,0 раз, а на поле без осенних обработок - в 6,4 раза, т.е. чем больше снизили интенсивность механического воздействия при основной обработке, тем существеннее уменьшился запас семян сорняков.
Различные системы обработки почвы повлияли на распределение семян сорняков в пахотном слое. Применение отвальной системы обработки способствовала более равномерному распределению семян сорняков в пахотном слое, что связано с интенсивным перемешиванием почвы во время обработки. При отвальной обработке 41,1 % семян сорняков располагались в слое 0-10 см, 29,6 % - в слое 10-20 см и 29,3 % - в слое 20-30 см.
Системы обработки почвы без оборота пласта способствовали концентрации семян сорняков в слое 0-10 см - 63,6-82,5 %, при этом в слое 20-30 см содержалось лишь 11,9-5,9 % семян.
На сосредоточение семян сорняков в верхнем горизонте пахотного слоя почвы при минимализации обработки почвы указывали В.Ф. Трушин, Э.Ф. Крылов (1976); Н.З. Милащенко (1978); П.Ф. Ионин (1988); С.К. Мингалев, В.А. Чулков (1999); С.К. Мингалев (2004).
Видовой состав семян сорных растений был представлен в основном семенами звездчатки средней (Stellaria media), мари белой (Chenopodium album), щирицы запрокинутой (Amarantus retroflexus), овсюга обыкновенного (Avena fatua), куриного проса (Panicum cms galli), осота розового (Cirsium arvense), горца вьюнкового (Polygonum convonvulus) и пикульника обыкновенного (Galeopsis tetrahit) (приложение 14).
Весьма сложной задачей земледелия во все времена оставалась защита посевов от сорной растительности. Сорняки обладают разнообразными формами приспособляемости для выживания, многократно превышая культурные растения в возможностях использования почвенной влаги и питательных веществ. Они могут существенно снизить конечные результаты труда земледельца. По данным Н.З. Милащенко (1978) и А.И. Пупонина (1984), потери урожая от сорняков достигают 25-30 % общего урожая зерновых и других культур.
При недостатке влаги в начальный период развития сорняки обгоняют в росте культурные растения и накапливают большую массу. Для уничтожения сорняков требуются значительные затраты труда и средств. Сорные растения также отрицательно влияют на производительность машин и орудий. Профессор Л.С. Роктанэн (1973) считал, что 60 % затрат из приходящихся на возделывание культур следует относить на борьбу с сорняками. Об этом же сообщал и А.В. Фисюнов (1984), однако он отмечал, что затраты на борьбу с сорняками составляют 30 % от общих затрат.
В наших опытах количество сорных растений в посевах пшеницы по годам имело существенные различия (приложение 15). В 2000 году из-за влажных условий первой половины мая (количество осадков превысило среднемноголетние значения в 2,4 раза) сеяли в более поздние сроки (конец третьей декады), когда большинство семян сорняков проросло и было уничтожено предпосевной обработкой (рис.4 и 5).
