Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Роль зерновых бобовых предшественников в полевых севооборотах 7
1.2. Влияние зерновых бобовых культур на плодородие почв 19
2. Методика и условия проведения исследований
2.1 Методика полевого опыта 34
2.2 Метеорологические условия 2001 — 2003 гг. 36
2.3 Почва и агротехника возделываемых культур 43
3. Характеристика агрофитоценозов зерновых бобовых предшественников
3.1. Влажность и содержание нитратов в почве 45
3.2. Фенология, формирование вегетативной массы и урожайность предшественников 52
3.3. Засорённость посевов 60
4. Влияние предшественников на продуктивность картофеля
4.1 Динамика влажности и биологическая активность почвы 63
4.2 Фенология и формирование структуры куста картофеля 74
4.3 Урожайность и качество клубней картофеля 80
5. Влияние предшественников на продуктивность ячменя 86
6. Последействие зернобобовых предшественников на яровую пшеницу и продуктивность звеньев севооборота
6.1. Последействие зернобобовых культур на урожайность и качество яровой пшеницы 92
6.2. Продуктивность звена севооборота: зернобобовые - картофель - яровые зерновые 95
6.3. Продуктивность звена севооборота: зернобобовые -яровые зерновые - яровые зерновые 97
7. Энергетическая и экономическая оценка
7.1. Энергетическая оценка 9 9
7.2. Экономическая оценка 104
Выводы 109
Рекомендации производству 111
Список литературы
- Влияние зерновых бобовых культур на плодородие почв
- Метеорологические условия 2001 — 2003 гг.
- Фенология, формирование вегетативной массы и урожайность предшественников
- Урожайность и качество клубней картофеля
Введение к работе
Актуальность темы. Научные и производственные данные свидетельствуют о том, что зерновые бобовые среди предшественников по влиянию на плодородие почвы и урожайность последующих культур занимают среднюю позицию. В севообороте они значительно уступают многолетним бобовым травам и удобренным пропашным, но имеют преимущество перед зерновыми, особенно яровыми, Роль зернобобовых, как желательных предшественников озимых зерновых в условиях Волго-Вятской зоны достаточно изучена. Однако, научных сведений о зернобобовых, как предшественниках яровых зерновых и пропашных культур очень мало. Это в большей степени касается их последействия. В современных условиях при дефиците использования минеральных удобрений, с одной стороны, и возрастанием интереса к биологизации земледелия, с другой, исследование зернобобовых в качестве азотонакопителеи, как предшественников яровых культур приобретает несомненную актуальность.
Цель и задачи исследования. Целью исследований явилось изучение влияния зернобобовых культур на плодородие серой лесной почвы, урожайность и качество картофеля и ячменя в севообороте в условиях Волго-Вятской зоны. А также изучение последействия зерновых бобовых на урожайность и качество яровой пшеницы.
Задачи исследований:
исследовать устойчивость изучаемых предшественников к засорённости посевов;
определить влияние зернобобовых культур на биологическую активность почвы;
выявить динамику влажности и нитратов в почве в зависимости от культуры и предшественников;
изучить реакцию растений картофеля и ячменя на различные предшественники;
- изучить реакцию яровой пшеницы на зерновые бобовые в последей
ствии;
- провести анализ продуктивности, энергетическую и экономическую
оценку звена севооборота, при возделывании картофеля и ячменя, а также
яровой пшеницы.
Научная новизна. Впервые на серых лесных почвах Чувашской Республики;
выявлено воздействие зернобобовых как предшественников на урожайность ячменя;
выявлено воздействие зернобобовых как предшественников на динамическое развитие, вегетативную массу, структуру, урожайность и качество клубней картофеля;
изучено влияние зернобобовых на продуктивность, выход энергии и рентабельность в звеньях севооборота; зернобобовые - ячмень - яровая пшеница и зернобобовые - картофель - яровая пшеница.
определено последействие зерновых бобовых на урожайность и качество яровой пшеницы;
определено влияние зернобобовых культур на пищевой, водный режимы и биологическую активность почвы.
Практическая ценность работы. Выяснено, что выращивание бобовых позволяет улучшить биологическую активность почвы, получать прибавку клубней и зерна, улучшать их качество. Выращивание вико/овсяной смеси в звене севооборота позволяет повысить экономическую и энергетическую эффективность возделываемого севооборота.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены: на научно-практических конференциях Чувашской Государственной Сельскохозяйственной Академии (Чебоксары, 2001-2003, 2005); на межрегиональной научно - практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства (Йошкар-Ола, 2004).
б Публикации результатов исследований. По материалам исследований опубликовано 5 статей.
Положения выносимые на защиту;
продуктивность зерновых бобовых культур как предшественников яровых;
количество растительных остатков и изменение биологической активности почвы после зерновых бобовых предшественников;
изменение урожайности и качества картофеля и урожайности ячменя в зависимости от предшествующих культур;
последействие зернобобовых предшественников на качество и урожайность яровой пшеницы;
оценка звеньев севооборота по продуктивности, энергетической и экономической эффективности.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, состоит из 7 глав, 9 выводов, предложения производству, включает 31 таблицу, 8 рисунков, 30 приложений. Библиографический список содержит 177 наименований, в том числе 20 на иностранных языках.
Влияние зерновых бобовых культур на плодородие почв
Наличие бобовых культур является важным фактором севооборота при биологизации земледелия. В овощных севооборотах, где вносят много навоза, и в районах с низким уровнем осадков бобовые не используют.
При внедрении биологического земледелия Ю, М. Возняковская (1995) предлагает заменять минеральные азотные удобрения биологическим азотом, фиксируемым из атмосферы клубеньковыми и некоторыми другими видами почвенных бактерий.
В кукурузном поясе США применяют, например, такой севооборот: 1 - овёс, 2-А - люцерна, 5 - кукуруза, 6 - соя, 7 - кукуруза, 8 - соя (Прижуков, Ямчук, 1984).
Азотное питание всех зерновых бобовых культур обеспечивается, как за счет симбиотической азотфиксирующей системы, так и за счет поступления минерального азота. Доля азота воздуха в питании бобовых изменяется в широких пределах от 0 до 82 % наличия минеральных форм азота в почве (Вавилов, Посыпанов, 1983).
Многочисленными исследованиями достоверно установлена уникальная биологическая особенность бобовых культур - использовать на формирование зерна и зеленой массы атмосферный азот воздуха (Прянишников, 1945; Тимирязев, 1948). Биологический синтез протеина бобовых культур протекает при потреблении в больших количествах азота и в большей степени определяется азотфиксирующей способностью бактерий. Клубеньковые бактерии ризорбиум, развивающиеся на корнях бобовых, позволяют обеспечивать растение азотом на 38-89 %, усваивая его из воздуха. Наиболее распространенные зернобобовые - горох и вика обеспечивают себя азотом воздуха соответственно на 46 и 68 % (Задорин, Исаев, 1994).
Зернобобовые оказывают многостороннее положительное влияние на плодородие почвы. Благодаря деятельности клубеньковых бактерий, они могут фиксировать азот из воздуха. Таким образом, они без, или с использованием малых доз минеральных азотных удобрений, не только дают хорошие урожаи и сборы белка в семенах, но и оставляют в почве значительное количество пожнивно-корневых и листостебельных остатков, богатых биологическим азотом, который могут использовать последующие культуры. Так, после гороха остаётся от 8 до 18 ц/га богатых азотом сырых остатков, после кормовых бобов 18-22 ц/га, после люпина 15-20 ц/га, после фасоли 5-12 ц/га. Наиболее полно используется азот корневых остатков там, где нет опасности вымывания нитратов в осенне-зимний период (Шпаар Д; и др., 2000).
Подсчитано, что в целом по Советскому Союзу при сложившейся структуре посевных площадей бобовые фиксировали 2-3,5 млн. т. молекулярного азота (Ковда, 1985; Мишустин, 1985; Черепков, 1985).
Зерновые бобовые культуры значительно различаются между собой по размерам фиксации азота за вегетационный период на единицу площади. Наибольшей азотфиксирующей способностью обладает люпин белый, а несколько меньшей кормовые бобы, чечевица и горох. Азотфиксация составляет соответственно у люпина белого 600 кг/га (Strommer, 1991), а в условиях Подмосковья до 280 кг/га ( Вавилов, Посыпанов, 1983), у кормовых бобов до 160 кг/га (Bremer., Rennier, 1988), чечевицы 90-120 кг/га, а у гороха 60-80 кг/га (Орлов, Исаев и др., 1986; Кисеу, 1989; Garside 1978; Lenoble, 1982), до 150 кг/га (Strornmer, 1991). По данным Л. М.Доросинского (1967), в зонах достаточного увлажнения максимальное количество азота, ассимилированного из воздуха однолетними бобовыми культурами, составляет 150-200 кг на 1 га.
По литературным данным, в благоприятных условиях у желтого и особенно узколистного люпина размер азотфиксации достигал 200-300 кг/га, а иногда и выше. В среднем, можно считать, что эти виды люпина способны фиксировать 150-180 кг/га азота (Орлов, Исаев и др., 1986).
За годы исследований, проведённых А. Г. Исаевым (1994), фиксация азота из воздуха составила жёлтым люпином 120-140 кг/га, кормовыми бобами 90-100 кг/га; горохом и викой 60-80 кг на 1 га, что составляет 38-89 % общей потребности культур в азоте в полевых условиях.
По данным американских исследователей соя фиксирует за сезон от 44 до 313 кг/га азота в зависимости от места произрастания (Jon Р, 1988; Knupfer Н., 1987; Rioperez Garcia del Rincon. I, и др., 1984), люпин 26-288 кг/га., горох 16-177 кг/га (Evans и др. 1989). ТЛИ. Таранухо (1992), С. М. Лукин, Б. П. Михайличенко (1995) определяют фиксацию азота бобовыми растениями в размере 100-170 кг/га.
Зависимость азотфиксации от урожайности культуры вывели Д. А. Дебелый и др (1985). При урожайности семян 30 ц/га люпин может усваивать из воздуха 200 кг/га азота. Горох при урожайности зерна 15-17 ц/га усваивает 50-60 кг/га азота воздуха, при 35 ц/га - 140, а при 50 ц/га - до 180.
Определенные расхождения в вопросе о реальных размерах азотфиксации, по мнению Е.П. Трепачева (1981), связаны также с отсутствием надежного общепринятого метода определения количества усвоенного азота воздуха в полевых условиях.
Метеорологические условия 2001 — 2003 гг.
Опыты закладывались на опытном поле кафедры общего земледелия Чувашской ГСХА в УНЦ «Студгородок» (Чебоксарский район Чувашской Республики). По данным метеостанции «Чебоксары» самую высокую среднемесячную температуру имеет июль месяц (+18,5 С), самую низкую - январь (-12,5 С). В зимнее время температура может понижаться до -46 С ниже нуля, и в летнее время подниматься до +35,2 С выше нуля. Многолетняя среднегодовая температура равна +3 С. Сумма положительных температур выше +10 С равна 2100 С . Амплитуда колебания температуры воздуха в течение года, месяца, суток говорит о значительной континентальности климата района расположения хозяйства. Первые заморозки в воздухе и на почве отмечаются между 26 августа и 28 сентября. Последний заморозок на поверхности почвы большей частью наблюдается во вторую или третью декаду мая с температурой 2 - 4 С ниже нуля. В некоторые годы и в первую декаду июня с температурой до 2 С ниже нуля. Продолжительность безморозного периода составляет в воздухе 118 - 158 дней. Среднегодовое количество осадков по многолетним данным составляют 472 мм с колебаниями в отдельные годы от 267 до 616 мм. Устойчивый снежный покров устанавливается во вторую или третью декаду ноября или даже в начале декабря, а сходит во второй декаде апреля. Среднемноголетние данные приведены в приложениях 1-3.
Погодные условия 2001 г. 2001 год выдался не очень удачным для высева и роста растений (рис.3, приложение 1). Вторая и третья декада мая в сумме выдали двойную норму осадков от средних многолетних, что затрудняло высев семенного материала, так как почва была переувлажнённая и не поддавалась обработке. Но в июне, в сравнении со средними многолетними, выпало в два раза меньше осадков, и июль оказался очень засушливым -лишь 6 мм (8,3 % от средних многолетних данных). При температуре, превышающей многолетние наблюдения, эти осадки испарялись в тот же день, не успев впитаться в почву. Данный факт не мог не отразиться на развитии и урожайности зернобобовых, симбиотический потенциал которых существенно зависит от влажности почвы, в частности сои, не имеющей сильно развитой корневой системы. Период созревания культур в августе по влажности в общем был обеспечен на сто процентов, но основная часть дождей пришлась на последнюю его декаду. Совместно с низкими температурами это имело отрицательную сторону в том плане, что верхний слой почвы довольно быстро промок, и продолжение дождей в начале сентября усугубило ситуацию с дозреванием и уборкой картофеля. Но первые две декады августа позволили убрать горох, вику и пшеницу в оптимальные сроки.
Погодные условия 2002 г. 2002 год был характерен тем, что за весь вегетационный период выпало лишь 69 % осадков (рис 4, приложение 2 ). Май выдался холодным, и первая декада была лишена дождей, во вторую декаду было влажно -111, 8% (19 мм), а за третью выпало лишь 41,2 % (7 мм) осадков. Всё это сопровождалось пониженными для мая температурами, что никоим образом не способствовало ускоренному прорастанию семян посеянных культур, которые начали всходить лишь через пол месяца, а соя как более теплолюбивая культура почти через месяц после посева.
Июнь же выдался схожей по температуре картиной со средними многолетними наблюдениями, но по количеству осадков в конечном итоге не перешагнул 55,6 процентов, отчего растения недополучили нужного количества влаги, хотя дожди шли относительно равномерно в течение месяца.
Начало июля охарактеризовалось пониженным количеством осадков (всего 9 мм) и повышенными температурами, то есть растения развивались при минимальном количестве влаги и повышенном испарении с поверхности листьев. Но вторая декада выделилась ливневыми дождями и превышением средних показателей, за чем далее последовало почти полное отсутствие дождей - всего 2 мм. Температуры в течение месяца были ниже средних многолетних данных.
Первая и вторая декада августа снова не обеспечили культуры в достаточной мере влагой - 2 и 4 мм соответственно. В третьей декаде выпало 11 мм осадков, а за весь месяц в итоге, только 27,9 % осадков от средних многолетних. К тому же и температуры были ниже средних в течение всего месяца. Сухая погода сохранялась и в начале сентября. Но так как осадков в течение всего вегетационного периода было мало, то до сентября все культуры уже успели созреть и в большинстве своём были убраны в августе.
Фенология, формирование вегетативной массы и урожайность предшественников
Фенология предшественников. Так как май 2001 года был холоднее обычного, это отразилось на том, что появление всходов культур несколько задержались (табл. 4). Но горох и вика оказались менее подвержены влиянию пониженных температур. При оценке данных 2001-2002 годов отчетливо видно, что для сои времени от посева до всходов требуется больше, чем для других бобовых. Объясняется это, прежде всего более высокими требованиями сои к температуре почвы. Долговременный период сроков от посева до всходов сои отрицательно сказывается на её способности защититься от неблагоприятного воздействия сорных растений, которые за этот период успевают не только появиться, но и хорошо развить листовую поверхность. Бо лее адаптированные к местным условиям горох и вика имели более короткие сроки вегетации.
В 2002 году период вегетации всех культур оказался короче, чем в 2001; гороха на 4 дня, вики на 11 и сои на 12 дней. В 2001 году период от стеблевания до бутонизации вика прошла быстрее, чем горох, хотя и была посеяна на 6 дней позже. В 2002 году к этой фазе развития они пришли одновременно, с учётом того, что были посеяны в один день (табл. 3)
В табл. 5 представлены данные о развитии яровых зерновых культур. В 2001 году всходы пшеницы появились уже через неделю после посева, то есть существенно быстрее, по сравнению с другими культурами и в сравнении с другими годами. 2003 год характеризовался тем, что растения пшеницы завершили свою вегетацию на 8-13 дней позже, чем в предыдущие годы. Вероятно, это связано с тем, что лето было, как в 2001 так и в 2002 годах довольно засушливое, и растениям пришлось раньше, по сравнению с более влажным 2003 годом, закончить период своей вегетации. В 2003 году вегетация ячменя так же удлинилась на 14 дней. Как и бобовые культуры, зерновые в 2002 году так же имели более укороченную вегетацию, чем в 2001 году. Одновременно 2002 год был менее богат на осадки. Отсюда, исходя из количества осадков за вегетационный период, можно провести взаимосвязь с длиной вегетации растений. Чем засушливее год тем продолжительность периода роста и развития короче, так как растения быстрее созревают.
К схожим выводам пришли и исследователи МарГУ (Евдокимова и Новосёлов, 2000) на дерново-подзолистых почвах. Жаркая и сухая погода ускорила наступление фаз развития и сократила их период.
Исходя из данных табл. 6 видим, что всходов растений яровой пшеницы было существенно меньше, чем было посеяно семян. В 2001 году количество всходов было меньше, чем в 2002 году. Всходы гороха в 2001 году также были несколько изрежены, но на следующий год их количество приблизилось к посевной норме. Количество всходов сои в оба года было приближено к количеству высеянных семян. Вико/овсяная смесь в первую закладку опыта имела больше всходов, чем в следующую. По количеству сорных растений в посевах очевидно преимущество вико/овсяной смеси и яровой пшеницы. Причём, как в штуках, так и в процентном соотношении к количеству культурных растений. Соя и горох наиболее подвержены засорению из-за меньшей густоты посадки.
Перед уборкой урожая отбирался сноповой материал с делянок для определения структуры урожая. Данные приложений 13 и 14 отражают изменение структуры зерновых и зернобобовых предшественников по годам. Заметно, что масса растений сои в 2002 году возросла в полтора раза в сравнении с предыдущим годом за счёт увеличения количества стеблей на 1 м , ко торое возросло с 42,2 до 68,8 шт. Количество бобов на 1 растении увеличилось на 2,1 шт. Но видно и снижение длины стеблей на 6,4 см (по данным кафедрального опыта длина стеблей сои и вики в 1995 году составила 43 см (Семёнов, 1996)) и количества семян сои в одном бобе на 0,7 шт. Масса 1000 семян упала на 10,1 г. За счёт увеличения количества стеблей на площадь и бобов на 1 растение повысилась и урожайность зёрен сои. Так, если в 2001 году урожайность сои составила 0,96 т/га, то в 2002 году она увеличилась до 1,65 т/га. По данным О. В. Волкова (2003), на серой лесной почве Мордовского НИИСХ урожайность сои сорта СибНИиК-315 в 2002 году менялась в зависимости от агротехники от 9,0 до 18,3 ц/га.
У гороха масса 1000 семян возросла с 170,7 до 182,9 г как и количество бобов на 1 растении с 4,3 до 5,1 штук. Данный факт не мог не отразится на урожайности гороха. Благодаря таким серьёзным изменениям в указанных параметрах выход массы зерна также существенно изменился с 1,23 до 2,34 т/га. Масса растений гороха, количество и длина стеблей оказались практически одинаковыми по годам. Это говорит о том, что условия в 2002 году сложились таким образом, что семенная продуктивность поднялась за счёт более интенсивной работы листового аппарата.
Вика в свою очередь в 2002 году увеличила массу стеблей на 116,2 грамма, при этом их количество упало на 11,6, но это при прочих показателях, примерно равных 2001 году, сказалось на полновесности зерна и урожайности вики. Масса 1000 зёрен снизилась с 56,4 до 53 граммов. Урожайность же зерна, если в 2001 году была 2,40 т/га, то в 2002 году она снизилась до 2,18 т/га. У овса, посеянного в смеси с викой, наблюдалось некоторое снижение всех показателей структуры урожая. Вполне закономерно, что и урожайность при такой тенденции к уменьшению структуры растений по годам также изменилась в меньшую сторону - 2,46 т/га и 1,77 т/га за 2001 и 2002 годы соответственно.
Урожайность и качество клубней картофеля
В 2003 году результаты показали, что после всех бобовых урожайность картофеля была выше, чем после пшеницы. Учитывая, что НСР0д на картофеле в этот год составил 0,497 т/га, то все зернобобовые существенно превысили отклонение урожайности, и это не является случайностью, так как минимальное отклонение составило 0,87 т/га после гороха, а максимальное - 1,68 т/га после вики с овсом.
Не менее важен для нас и такой показатель как товарность клубней картофеля. В следующей табл. 19 приведён показатель товарности клубней картофеля за 2002 и 2003 года.
По числу товарных клубней в 2002 году преобладал предшественник вико/овёс, имея 29,2 % от общего числа клубней в среднем с 1 куста. Это на 2,4 % больше, чем после яровой пшеницы. Соя по проценту товарности была ниже, чем вика с овсом (23,7 %), но выше чем горох - 19,7%. Но более важна для нас масса товарных клубней, которая после сои составила наибольший процент - 48,5. За ней шла вика - 47,7 %. Горох в этот год показал результат ниже, чем контроль - 42,0 % против 45,3 %.
На следующий год картина несколько изменилась. На этот раз по ко личеству соя и вика показали самый лучший результат в качестве предшест венников - 12,9 %. Это хотя и ниже результата предыдущего года, но на об щем фоне - это самый высокий результат. Ниже следует горох - показавший после себя товарность клубней - 10,5 %. И худший результат был после яро вой пшеницы - 7,7 %. По массе клубней тенденция сохранилась, и лучший результат был после вики с овсом - 31,3 %, и сои - 28,6 %. Пшеница по товарности картофеля не самый лучший предшественник - 17,6 %, что ниже гороха на 4,8 %. Согласно И. Т. Бачикину и др.(2004), на дерново-подзолистой почве опытного поля МарГУ в зависимости от приёмов предпосадочной обработки почвы при густоте посадки 50 тыс. кустов на 1 га про-цент семенной фракции в среднем за 3 года (1999, 2000, 2002) составил 65,2-66,3 %. При густоте 60 тыс. кустов 74,0-75,5 %
По урожайности товарных клубней в среднем за 2 года рекомендуемым предшественником была вико/овсяная смесь - 7,33 т/га, или 135,7 % от контроля. После сои этот показатель был 122,6 % - 6,63 т/га. Горох (5,29 т/га), если бы не показал плохой результат по массе клубней в 2002 году, не был бы на 2,1 % ниже контроля (5,4 т/га). Таким образом лучшим предшественником для картофеля практически по всем параметрам показала себя вико/овсяная смесь, и немногим хуже -соя.
Качество клубней картофеля. Также важен и показатель качества картофеля. Как видно из табл. 20 видно, качество клубней наилучшим было в 2001 году при посадке картофеля по сое, где содержание крахмала было 13,1 %, а нитратов, почти в 2 раза меньше — 136,7 мг/кг из допустимых по нормам 250 мг/кг. В следующем году соя как предшественник была также лучшей по крахмалу (12,4 %) после вико/овса (12,8 %). Но вика также и повысила количество нитратов до 157,3 мг/кг, то есть после неё этот показатель был самым высоким из всех предшественников. В следующий год опытов снова картофель посаженный по вике имел самое высокое содержание как нитратов -153,1 мг/кг, так и крахмала. - 11,3 %. Затем, чуть меньше заметно на качество картофеля воздействие сои - 147,7 мг/кг нитратов и 12,4 % крахмала. В 2002 году даже в последействии в звене - соя - картофель - картофель соя оказала большее воздействие на картофель, чем горох по содержанию нитратов -139,9 и 132,7 мг/кг соответственно, хотя по количеству сухого вещества и крахмала в клубнях горох в последействии на 0,3 % обогнал сою, показав результат 11%.
По данным Спиридонова В. Т. и др. (2000), при проведении опытов в учхозе «Приволжское» за 1997-1999 годы сорт Удача показал содержание крахмала в клубнях от 11,8 до 16,6 % и нитратов - 42-59 % от ПДК (250 мг/кг).
При пересчете урожайности картофеля в сбор сухого вещества и количества крахмала с 1 га, были получены следующие данные (табл. 21). Крахмала в среднем за 2 года максимальное количество получили после вики с овсом - 2,04 т/га или же 120,4 % от контроля. Чуть хуже результат был после сои - 1,84 т/га, но тем не менее этот результат превысил контрольный вариант на 8,7 %. Горох же в среднем за 2 года показал результат примерно рав ный яровой пшенице - около 100 процентов - 1,69 т/га, хотя в 2003 году превысил по содержанию крахмала на 0,9 ц/га.
