Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
1.1 Агрофизические свойства почвы и приемы их регулирования при возделывании овощных культур 9
1.2 Агробиологические основы орошаемого овощеводства 14
1.3 Система удобрений, как средство регулирования пищевого режима почвы 23
2 Условия и методика проведения опытов 27
2.1 Климатические условия 27
2.2 Почвы 28
2.3 Схема и методика опытов 29
2.4 Агротехника при проведении опытов 32
3. Результаты исследований 36
3.1 Агрегатный состав и физические свойства почвы в зависимости от технологии возделывания овощных культур 36
3.2 Влияние технологии возделывания на водный, тепловой режимы почвы и засоренность посевов 42
3.3 Режим орошения и система удобрений при возделывании овощных культур по энергосберегающей технологии 53
3.4 Влияние приемов обработки почвы, режима орошения и систем удобрений на рост, развитие, продуктивность и качество овощных культур 73
3.5 Экономическая и биоэнергетическая эффективность овощных культур в зависимости от технологии возделывания 75
Выводы 79
Рекомендации производству 81
Список используемой литературы 82
- Агробиологические основы орошаемого овощеводства
- Система удобрений, как средство регулирования пищевого режима почвы
- Схема и методика опытов
- Влияние технологии возделывания на водный, тепловой режимы почвы и засоренность посевов
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях важнейшей задачей сельхозпроизводителей является повышение плодородия почв и урожайности с.-х. культур при постоянном энергосбережении и соблюдении мероприятий по охране окружающей среды.
Разработанные и внедренные в производство в восьмидесятые годы интенсивные технологии возделывания овощных культур позволили резко увеличить валовые сборы овощей при средней урожайности 40-60 т с 1 га. Получение таких урожаев стало возможным в основном при внесении высоких норм удобрений: органических — до 200 т/га, минеральных - до 400 кг/га в действующем веществе и применении интенсивной химической защиты посевов овощных культур от сорняков, болезней и вредителей.
Большие объемы минеральных удобрений и пестицидов привели к комплексной антропогенной нагрузке на почву; их метаболиты накапливались в водоемах и получаемой овощной продукции, что создавало опасность для здоровья человека.
Еще более резко осложнилась обстановка в овощеводстве в начале 90-х годов при переходе на рыночные отношения, когда многократно возросла стоимость с.-х.техники, энергоносителей, минеральных удобрений и средств защиты растений. Большинство коллективных и фермерских хозяйств из-за слабого экономического положения были вынуждены резко сократить применение минеральных, органических удобрений и средств защиты растений, что отрицательно сказалось на потенциальном плодородии почвы, урожайности овощных культур, а также на фитосанитарном состоянии посевов.
В сложившейся экономической ситуации интенсивная технология возделывания овощных культур для большинства с.-х. предприятий стала неприемлемой. Поэтому появилась необходимость изыскания альтернативного подхода к разработке технологий, внедрение которых позволило бы получать стабильно высокие урожаи конкурентоспособной овощной продукции, решить проблему круглогодичного снабжения населения овощами при одновременном сокращении затрат на ее производство и сохранении почвенного плодородия, что в настоящее время является весьма актуальным и имеет большое практическое значение.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований являлось изучение эффективности новых приемов возделывания овощных культур и разработка грядовой (энергосберегающей) технологии их возделывания, обеспечивающей рост продуктивности, сохранение почвенного плодородия и охрану окружающей среды.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи: - изучить влияние технологий возделывания на водно-физические и агрохимические свойства почвы при выращивании овощных культур (томатов, капусты и лука);
изучить влияние режимов орошения на рост и развитие растений овощных культур;
изучить влияние систем удобрений на динамику содержания в почве гумуса и общего азота;
методом оптимизации определить влияние грядовой обработки почвы, режима орошения и систем удобрений на рост, развитие и продуктивность овощных культур;
выявить закономерности формирования урожая и его структуры;
дать сравнительную экономическую и энергетическую оценку изучаемым технологиям.
Научная новизна. Для условий республики Адыгея разработана энергосберегающая технология выращивания овощных культур, основными элементами которой являются энергосберегающие почвозащитные приемы обработки почвы; дифференцированный режим орошения; расчетный метод применения удобрений, обеспечивающие расширенное воспроизводство плодородия почвы и получение заданного урожая высокого качества. Дана экономическая и биоэнергетическая оценка разработанной технологии. Исследования в таком аспекте по совершенствованию технологии возделывания овощных культур в условиях Адыгеи проводятся впервые.
Практическая значимость работы. Разработана и рекомендована для применения в условиях республики Адыгея гребневая (энергосберегающая) технология возделывания овощных культур, обеспечивающая оптимальное использование природных ресурсов и получение дополнительно от 3,9 до 7,8 т/га овощных культур при увеличении продуктивности пашни до 14%.
Реализация результатов исследований. Разработанная автором гребневая (энергосберегающая) технология возделывания овощных культур внедрялась непосредственно автором в хозяйствах Майкопского района на площади 150га, а также в других хозяйствах республики Адыгея путем издания «Рекомендаций по гребневой (энергосберегающей) технологии возделывания овощных культур» (Краснодар, 2005).
Апробация работы. Основные положения диссертации ежегодно докладывались на районных и республиканских научно-технических совещаниях, посвященных вопросам возделывания овощных культур в условиях высокой антропогенной нагрузки на почву, а так же на научных конференциях агрономического факультета Кубанского Госагроуниверситета в 2002-2004 гг., на третьей Всероссийской научно-практической конференции «Агротехнический метод в защите растений от вредных организмов» (Краснодар, 2005).
По материалам диссертации опубликовано 4 работы.
Основные положения, выносимые на зашиту:
1. Энергосберегающая технология возделывания овощных культур для условий республики Адыгея, основными составляющими которой являются:
- грядовая система обработки почвы при возделывании томатов, капусты
и лука, позволяющая оптимизировать условия роста и развития расте
ний за счет улучшения пищевого, водно-воздушного и температурного
режимов почвы, положительного баланса гумуса, активизации микро-
биологических процессов почвы в осенне-зимне-весенний периоды, снижения засоренности посевов в период всходов до 69, в последующие периоды-до 80%;
импульсный метод орошения, обеспечивающий более дружное прорастание семян и появление всходов, оптимальные условия водообеспе-ченности растений в период роста и развития, формирование наибольшего урожая при экономном расходовании поливной воды;
расчетный метод применения удобрений, способствующий увеличению гумуса за ротацию севооборота на 14,4, общего азота- на 1,5 т/га и формированию урожайности томата посевного в среднем 39,3; капусты поздней - 47,1; лука на репку — 25,6 т/га.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 107 стр. компьютерного текста и включает 7 глав, выводы, рекомендации производству, 7 приложений. Список используемой литературы насчитывает 217 наименования, в том числе 26 - иностранных авторов. Общий объем работы 107 страниц, 30 таблиц, 12 рисунков, 5 приложений.
Диссертация является самостоятельным завершенным научным трудом с долей участия автора более 80 процентов.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность сотрудникам кафедры общего земледелия и кормопроизводства КубГАУ, содействовавшим выполнению настоящей работы, и в особенности своему научному руководителю профессору А.С. Найденову.
Агробиологические основы орошаемого овощеводства
В зависимости от целей и путей, исследования по влагообеспеченности могут быть условно разделены на две группы: - работы, отражающие взаимодействие воды и растения (Роде А.А., 1965; Камаев И.Н., 1978; Гойса Н.И., Бибик В.В., 1976; Гойса Н.И., Олейник Р.Н., Рогаченко А.Д., 1983; Голованов А.И., Балан А.Г., Ермакова В.Е., Ефимов И.Т., 1986); - работы, отражающие взаимодействие и взаимообусловленность орошения и приемов агротехники (Лысогоров С.Д., Ушкаренко В.Н., 1996; Лы-согоров С.Д., 1991,1995, 1991; Максимов Н.А., Комизерко И.Т., 1950).
При недостаточной оводненности протоплазмы клеток, нарушается обмен веществ, уменьшается интенсивность и рабочее время фотосинтеза.
Вследствие этого подавляются ростовые процессы и уменьшается ассимиляционная поверхность листьев, величина которой с интенсивностью и продолжительностью фотосинтеза обусловливает общую продуктивность и, тем самым, урожай (Альгов Г.К., 1977, 1967, 1960; Иванов Л.А., 1941). Вопрос осложняется еще и тем, что сама вода имеет выраженную структуру, изменяющуюся не только при отрицательной, но и в таких областях температур, как 15, 30, 45 и 60 С. Чем чаще проводятся поливы, тем более благоприятной бывает структура молекул воды для растений (Гусев Н.А., Петинов Н.С., 1974; Джулай А.П., 1976, 1976; Джулай А.П., Огиенко В.Д., 1984).
При избыточном увлажнении корневая система изменяет направленность обмена веществ. В корнях появляются продукты анаэробного обмена, как молочная и пировиноградная кислоты, этиловый спирт и др. (Бабушкин Л.М., 1971). При недостатке воды, как и при ее избытке растения ослабевают, становятся менее устойчивыми к болезням (Максимов Н.А., 1941, 1950).
Оросительная вода вымывает разрушенные илистые частицы из пахотного периодически разрыхляемого слоя и выносит их в подпахотный горизонт. При этом, на некоторой глубине образуется слой повышенного уплотнения, нередко трудно проницаемый для воды, воздуха и корней растений. Пахотный слой быстро уплотняется, ухудшая его аэрацию (Лысогоров С.Д., 1971, 1981, 1985). В этом случае, система обработки почвы изменяет глубину и физическое строение пахотного горизонта, что сказывается на улучшение водного и теплового режимов, от которых зависит направленность биологических процессов и пищевой режим (Вериго С.А., Разумова Л.А., 1963, 1973, тезисы доклада Всесоюзного съезда почвоведов, г. Минск, 1977).
Для установления режима орошения той или иной культуры необходимо знать, сколько воды она потребляет за всю вегетацию и в отдельные периоды, так как на протяжении вегетации размеры водопотребления культур существенно изменяются (Алпатьев A.M., 1969, 1969, 1974; Василько В.П., 1990, 1998; Гаврилов A.M., 1971).
Его изучению посвящено множество работ, которые в зависимости от целей и путей исследования могут быть условно разбиты на две группы: - работы, отражающие полуэмпирические и эмпирические исследования водопотребления прикладного значения; - работы, связанные с построением моделей водопотребления и водного режима растений в связи с математическим моделированием продукционного процесса.
Главной целью первой группы работ является установление эмпирических и полуэмпирических закономерностей транспирации, суммарного водопотребления и разработка на этой основе методов расчета и экспериментального определения этих величин с целью решения задач оптимизации водного режима посевов (Алпатьев А.Б., 1969, 1966, 1974; Будаговский А.И., 1960, 1964; Буяновский Г.А., 1971; Константинов А.Р., 1970). Недостатком этих работ является то, что в них в ясном виде не учитывается механизм передвижения влаги из почвы к листьям растений. В них по существу не отражен продукционный процесс.
Вторая группа работ отражает более детальное изучение механизма формирования водного режима растений для задач математического моделирования продукционного процесса и для целей создания более совершенных систем управления технологией мелиорируемого земледелия.
Детальный обзор работ этого направления содержится в монографии (Бихеле З.Н., Молдау Х.А., Росс Ю.К., 1980).
В целом, особенностью математических моделей водного режима растений является их сложность, использование большого числа трудно определяемых входных параметров. В связи с этим, многими исследователями, как в нашей стране, так и за рубежом разрабатываются методы определения суммарного водопотребления сельскохозяйственных культур по метеорологическим показателям конкретного региона.
Система удобрений, как средство регулирования пищевого режима почвы
В решении проблемы обеспечения растений овощных культур питательными веществами в «альтернативном земледелии» основная ставка делается на повышении жизнеспособности почвы, ее биологической активности. Вместо внесения элементов пищи в непосредственно усвояемой форме, что «нарушает природные циклы и нормальное питание растений» предусматривается пополнение элементов питания в основном за счет трех источников: - различных органических удобрений; - труднорастворимых минералов; - азотфиксирующих растений (Elliott L.F., Papendick R.J., 1984; Jregorx P.J., M.C. Jowan M., Biscoe P.V., 1975; Johas J.J., Sllith. R., 1975).
В соответствии с принципами альтернативного земледелия, заложенными основоположниками Штайнером Р., Мюллером X., Рушем X. и др., не растения, а полезные микроорганизмы следует подкармливать для переработки растительных остатков и возвращаемых материалов в питательные вещества и гумус. Отсюда и требование максимальной реутилизации, рециркуляции отходов и побочной продукции сельского хозяйства (Kowanishi М., 1991).
Доступность питательных веществ и равномерность снабжения ими растений овощных культур должна достигаться путем хорошей обработки почвы. При этом снабжение растений элементами питания должно осуществляться:
Азотом — постепенной минерализацией органических удобрений и растительных остатков, а также фиксацией атмосферного азота;
Фосфором - высвобождением связанного фосфора из разных соединений почвы и создания в ней равновесной системы адсорбции-десорбции фосфатионов (почвенных и внесенных с органическими удобрениями или сырыми фосфатами);
Калием - высвобождением элемента из почвенных минералов и минерализации органического вещества, а при необходимости - внесения минеральных удобрений типа калимагнезии (Borowiec S., 1977; Pitcher R., 1978).
При такой степени, когда растение, тесно взаимодействуя с почвой, будет усваивать для себя пищу не из легкодоступных веществ, а при постепенной их минерализации, удается избежать многие отрицательные последствия интенсивного удобрения. В частности, внесение в почву высоких доз удобрений ухудшает доступность для растений цинка, бора, меди, молибдена и др. (Sturani Е., Cocucci S., Marre Е., 1968).
Теоретические подходы обеспечения растений пищей без минеральных удобрений многие специалисты подвергают критике по следующим причинам: - среди азотных удобрений есть формы, азот которых до поглощения преобразуется в нитратные формы (азот мочевины), поэтому такие удобрения можно рассматривать не как легкоусвояемые (Bocher J., 1971); - фосфор фосфатных удобрений считается легкодоступным, однако растворимость его различна, о чем свидетельствуют коэффициенты его использования в год внесения (Bocher J., 1980); - биологическая активность почв и высвобождение азота в течение сезона не отличаются равномерностью. В связи с этим растение может не получать должного количества азота в весенний период, из-за пониженных температур, зато во вторую половину лета возможен избыток его в почве, отсюда возможны его потери (Annan К., 1983).
Главная причина для критических замечаний - это то, что многие положения о пищевом режиме в период роста и развития овощных культур в условиях альтернативного земледелия основываются пока не столько на экспериментальных материалах, сколько на логических рассуждениях и разумных побуждениях.
В альтернативном земледелии органическим удобрениям отводится ключевая роль в обеспечении энергетическим материалом почвенной микрофлоры, а значит и в снабжении растений питательными веществами.
Основными источниками органического вещества на удобрения считаются: навоз (свежий и перепревший), компосты, сидераты, отходы промышленной переработки (мука из рыбы, жмыхи и пр.). Солома при альтернативном земледелии на удобрение рядом авторов не рекомендуется, так как якобы ее применение ухудшает и без того напряженный баланс азота (Kushwana H.S., Tripathi R.P., 1984-1985).
Навоз рассматривается как очень ценный вид удобрений, благодаря постепенному высвобождению органического азота. Вместе с тем свежий навоз под овощные культуры вносить не рекомендуется, по причине резкого снижения качества продукции (Балеев П.В., Корастаянова Р.С., 1957; Березова Е.Ф., 1950; Столяров А.И., 2001, 1996, 1989).
Приготовление и использование компостов обязательное условие альтернативного земледелия. В соответствии с теориями альтернативного земледелия цель компостирования - обеспечить почву не только органическим веществом, но и увеличить биологическую ее активность (Шаги Ф., 1986; Столяров А.И., 1993, 1996,2001).
Схема и методика опытов
Исследования проводили на почвах представленных слитыми чернозёмами. Слитые чернозёмы имеют мощный гумусный горизонт (150-180 см с тёмной окраской). Отличительными признаками слитых чернозёмов являются: наличие плотного горизонта на глубине ниже 20-40 см; сильная выщелоченность; образование вертикальных трещин в сухом состоянии и сплывающая масса — во влажном.
Содержание гумуса в пахотном горизонте - от 4 до 6,5 % и на глубине 150 см - 0,2-1,2 %. В расчёте на 1 гектар - 180 т в слое 0-20 см и 650-680 т в слое 0-150 см. В пахотном слое запасы общего азота составляют 9-10,6 т и в слое 0-150 см - 40-60 т на 1 гектар.
Содержание валового фосфора и калия составляет соответственно -0,16-0,18 % и 1,4-2,0 %. Общее количество валового фосфора в слое 0-25 см - 6-7 т, а в слое 0-150 см - 35-40 т на один гектар.
Слитные чернозёмы отличаются повышенным содержанием поглощённого водорода. В пахотном слое подвижных форм фосфора 10,5 -18 мг и гидролизуемого азота 5,8-9,8 кг на 100 г почвы.
Реакция почвенного раствора слабокислая рН - 6,2-6,5. По механическому составу, они относятся к глинистым и тяжелосуглинистым с содержанием глины до 80 %, в составе которой, на долю пылеватых, частиц приходится до 60 %.
Обладая высокой общей порозностью, слитые чернозёмы имеют неблагоприятное сочетание капиллярной и некапиллярной влаги: от 60:40 до 95:5. Водопроницаемость значительно ниже, чем других разностей чернозёмов.
Слитые чернозёмы обладают высокой полевой влагоёмкостью. В слое 0-160 см они в состоянии удержать до 630-640 мм воды. Однако на долю продуктивной влаги из этого количества приходится лишь около 20-220%, то есть 120-140 мм. Из общего количества продуктивной влаги - половина является легкоподвижной.
Одна из характерных особенностей слитых чернозёмов - отсутствие структуры в нижних горизонтах, и слабая - в пахотном слое. Слитые чернозёмы имеют неудовлетворительные воднофизические свойства, (таблица 1). Научно-исследовательская работа велась в 1999-2005 г.г. в овощном севообороте Майкопской опытной станции ВИР.
Стационарный многофакторный опыт был представлен следующими факторами: фактор А - система обработки почвы, В - режим орошения, С -система удобрений, Д - система защиты растений.
Система обработки почвы включала: А \ - обработка почвы при возделывании овощей на ровной поверхности (контроль); А2 - обработка почвы при возделывании овощей на грядах (энергосберегающая).
Режим орошения включал В і - периодическое дождевание, влажность почвы перед поливами не ниже 70 % от наименьшей влагоемкости (НВ) в течение всего периода вегетации растений; В2 - импульсное дождевание, влажность почвы перед поливами соответствовала варианту Bj.
Диапазон норм удобрений предопределен на основе балансового метода с учетом планируемой урожайности; заданных темпов повышения плодородия почвы, благоприятного состояния окружающей среды. Нормы внесения удобрений под овощные культуры представлены в таблице 2.
Влияние технологии возделывания на водный, тепловой режимы почвы и засоренность посевов
Данные показывают, что при возделывании овощных культур по грядовой технологии в слоях почвы 0-20 и 20-40 см в сравнении с контролем аэробный процесс проходил наиболее интенсивно. Интенсивность аэробного процесса снижается в слое почвы 40-60 см. Не рассматривая подробно этот вопрос, укажем лишь, что анаэробиозис отрицательно влияет на плодородие почвы. Гречин И.П., детально исследовавший физико-химические изменения почв под влиянием анаэробиозиса, считает обоснованным мнение о благоприятном агрономическим воздействии совмещения в почве анаэробного и аэробного процессов. Вместе с тем, по его мнению, нет оснований опасаться, что аэробный процесс приведет к потере органического вещества.
Переход на грядовую технологию обусловил изменение и макроагре-гатного состава, которое проявляется к концу вегетации овощных культур и сопровождается увеличением агрономически ценных почвенных агрегатов в слое 0-20 см (таблица 5).
Как видно из данных таблицы 5 в варианте с технологией возделывания на грядах после сухого просеивания в почве присутствуют все типы структурных агрегатов, с преобладанием распыленных частиц. Однако наиболее ценных агрегатов (0,25-7 мм) в слое почвы 0-20 см преобладало на 6,18 % (68,0 против 61,82 % в контроле). Глыбистых частиц (7-10мм) - снижалось на 8,58 %.
В слоях почвы 20-40 см и 40-60 см почвенных агрегатов размером 0,25-7 мм почти не изменялось. В то же время снижалось содержание глыбистых частиц.
Таким образом, грядовая технология возделывания овощных культур оказывает значительное влияние на состояние структуры различных частей пахотного слоя по сравнению с технологией на ровной поверхности. Увеличивалось в слое почвы 0-20 см наиболее ценных агрегатов и снижалось количество глыбистых частиц.
Кроме прошедших изменений в агрегатном составе почв, очень важно также, чтобы структурные отдельности почвы были устойчивы к разрушению, водопрочны. Это качество связывают с накоплением и превращением органического вещества, образованием и минерализацией гумуса и многими другими процессами, протекающими в почве. Для агрономической оценки решающими показателями являются - скважность (порозность), плотность, объемная масса. Вопросы создания оптимальной плотности для биологической активности почв, а также роста и развития растений в последнее время привлекают все большее внимание исследователей. По имеющимся данным, оптимальное уплотнение пахотного слоя благоприятно сказывается на биологических почвенных процессах: отмечается тенденция увеличения численности микроорганизмов, повышение их физиологической активности (На-плекова И.Н., Туровинин А.А., 1975). При этом для засушливых зон особен но опасен избыточный аэробиозис, что приводит к излишнему разрушению органического вещества, усиленному нитратообразованию, иссушению почвы (Наплекова И.Н., Туровинин А.А., 1975).
Наоборот, при частом выпадении осадков в сильно уплотненных механическими воздействиями почвах снижается аэрация, подавляется их биологическая активность, что отрицательно влияет на питание и продуктивность растений.
Мониторинг плотности сложения пахотного слоя почвы при возделывании овощных культур по энергосберегающей технологии перед посевом характеризовался оптимальными значениями объемной массы - 1,16-1,24 г/см , влажность - 25,3-28,4 %, общей пористости - 53,0-54,1 и степени аэрации-20,8-24,1 %.
В процессе вегетации наблюдалось уплотнение пахотного слоя почвы. К моменту технической спелости капусты и лука, последнего сбора томатов наибольшая плотность почвы с величиной объемной массы 1,35-1,37 г/см3 наблюдалось на варианте рекомендуемой для зоны технологии (таблица 6).
