Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Сидерация, как альтернативный метод сохранения плодородия почвы в биологизации земледелия (обзор литературы) 10
1.1 Сущность и современное состояние биологической системы удобрения 10
1.2 Сидерация, как метод повышения плодородия почв 15
1.3 Роль зернобобовых культур в биологической интенсификации растениеводства 21
1.4 Влияние сидеральных культур на повышение плодородия почв 26
1.5. Влияние зелёного удобрения на урожайность сельскохозяйственных
культур 32
Экспериментальная часть 36
ГЛАВА II. Условия, задачи и методика проведения опытов 36
2.1 Место проведения опытов 36
2.2 Характеристика почвенного участка 36
2.3 Краткая характеристика метеорологических условий 2005-2007 гг 36
2.4 Схема опытов 39
2.5 Агротехника 43
2.6 Программа и методика исследований 43
ГЛАВА III. Влияние сидеральных культур и чистого пара на плодородие почвы 46
ГЛАВА IV. Влияние сидеральных культур и чистого пара на урожайность и качество зерна озимой пшеницы 64
4.1 Фенологические наблюдения за фазами роста и развития озимой пшеницы 64
4.2 Полевая всхожесть семян озимой пшеницы в зависимости от предшественников 66
4.3 Перезимовка растений озимой пшеницы 67
4.4 Влияние предшественников на формирование продуктивного стеблестоя озимой пшеницы 69
4.5 Влияние предшественников на фитосанитарное состояние посева озимой пшеницы 71
4.6 Влияние предшественников на урожайность и качество зерна озимой
пшеницы 73
ГЛАВА V. Экономическая и биоэнергетическая оценка возделывания озимой пшеницы в зависимости от предшественников 78
5.1 Экономическая эффективность возделывания озимой пшеницы в зависимости от предшественников 78
5.2 Биоэнергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы в зависимости от предшественников 81
Основные выводы 85
Предложения производству 88
Список литературы
- Сидерация, как метод повышения плодородия почв
- Краткая характеристика метеорологических условий 2005-2007 гг
- Полевая всхожесть семян озимой пшеницы в зависимости от предшественников
- Биоэнергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы в зависимости от предшественников
Введение к работе
Проблемы биологической интенсификации земледелия имеют не только всероссийское, но и общепланетарное значение. Свидетельством тому является крупномасштабная техногенная деградация почвенного покрова не только в агроландшафтах, но и в экосистеме в целом, особенно вокруг промышленных центров, военных, нефтегазовых и др. объектов.
На основании имеющихся обширных экспериментальных данных можно констатировать, что баланс между биогенными (биологическими) и техногенными (антропогенными) факторами нарушен не в пользу первых. Поэтому сегодня правомерно говорить о задачах и путях повышения роли биологических факторов, их интенсификации в современном российском и мировом земледелии.
Сохранение и поддержание запасов органического вещества в почве -один из наиболее актуальных вопросов современного земледелия. Интенсивное использование чернозёмов ведёт к росту процесса минерализации, обуславливающего разложение не только свежих органических остатков в почве, но и гумуса. (Дедов, 1999).
Основным органическим удобрением в ЦЧЗ является навоз и послеуборочные растительные остатки (жнивье, корни). Однако бесподстилочное содержание животных, уменьшение поголовья скота в хозяйствах в настоящее время резко сократили выход навоза. В Черноземной полосе выход навоза в настоящее время составляет 3-4 тонн на гектар пашни. (Королёв, 2001)
В связи с дефицитом традиционных видов удобрений особенно актуальным становится использование в качестве ресурсов органики не только навоза, но и сидератов, растительных остатков возделываемых культур, расширение посевов многолетних трав и запашка соломы.
Сидерацию нельзя рассматривать односторонне, то есть только как источник азотного удобрения или органического вещества, она оказывает
комплексное воздействие. Зеленое удобрение способствует улучшению физико-химических свойств почвы, понижает кислотность, повышает содержание поглощенных оснований, поглотительную способность и буферность, влагоемкость, скважность и водопроницаемость, обогащает почву микрофлорой, усиливает ее биологическую активность и выделение углекислоты, уменьшает сопротивление почвы при механической обработке, создает оптимальные условия для минерального питания растений.
Использование сидеральных культур на зелёное удобрение может также способствовать мобилизации из генетических горизонтов почвы фосфора, кальция, калия, магния и вовлечению их в биологический круговорот. Многие сидеральные культуры способны усваивать элементы питания из труднорастворимых соединений в почве и при запашке обогащают пахотный слой подвижными их формами.
Введение в севообороты сидеральных культур является одним- из важных приемов возмещения потерь органического вещества в почве. Запашка зеленой массы сидератов позволяет обогатить почву органикой, эквивалентной внесению 20-30 т навоза на 1 га, при меньших, в 2-3 раза затратах (Чичкин, 1986; Довбан , 1990; Корчагин, 1997).
Увеличение производства зерна является базой успешного экономического и социального развития страны. В решении этой задачи важная роль принадлежит урожайности и увеличению производства зерна, ведущей производственной культуры - пшеницы. От предшественника во многом зависит и продуктивность озимой пшеницы. Она традиционно размещается по различным видам паров (чистые, сидеральные и др.) и пласту многолетних трав. (Фролова и др., 2005).
Однако, по мнению многих исследователей, чистые пары - временный рычаг подъёма производства, который должен уступить место постоянно действующей системе занятых паров. Выбор парозанимающих культур
должен быть дифференцированным для каждой почвенно-климатической зоны страны. (Зеленский , 2002).
В конечном итоге правильный подбор сидеральных и парозанимающих культур в системе земледелия будет способствовать не только сохранению и повышению плодородия почвы, но и увеличению урожайности озимой пшеницы.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации.
В России в большинстве сельскохозяйственных предприятий господствует экстенсивное земледелие, упорное несоблюдение закона возврата питательных веществ в почву. По мере роста потребностей в продуктах питания наращивалось использование техники, пестицидов, удобрений. При этом нередко нарушался баланс между биологическими и техногенными факторами. Тем более, что техногенные факторы действуют, как правило, сразу, обеспечивая быструю отдачу от вложенных средств.
Следствием этого явилась недооценка роли биологических факторов в воспроизводстве плодородия почв и, соответственно, деградация, загрязнение почвенного покрова, водных источников, растениеводческой и животноводческой продукции.
Сегодня во всём мире, хотя и медленно, происходит осознание первостепенности, первозначимости биологических факторов в земледелии, особенно если учесть исчерпаемость запасов минеральных и энергетических ресурсов планеты. (Каштанов, 2005).
В сложившейся ситуации требуется концептуально новые методы сохранения и повышения плодородия чернозёмных почв. Большая роль в решении данной проблемы отводится внедрению в севообороты сидеральных паров.
Научная новизна работы связана с разработкой биологических приемов, ресурсосбережения адаптивных технологий возделывания озимой пшеницы на черноземах выщелоченных в зоне неустойчивого увлажнения Центрально-Черноземного региона. Проведена комплексная оценка влияния предшественников на плодородие почвы и урожайность озимой пшеницы. В результате исследований дано теоретическое обоснование возможности
воспроизводства плодородия почвы путем введения в севообороты лучших занятых и сидеральных паров.
Цели и задачи исследований.
Целью диссертационной работы являлось изучение влияния сидеральных и парозанимающих культур на повышение плодородия почвы и урожайность озимой пшеницы. Для достижения этой цели требовалось решить следующие задачи:
1. Изучить влияние чистого, занятых и сидерального паров на накопле
ние органического вещества в почве, на водный и пищевой реясимы, на
микробиологическую активность почвы;
Определить влияние различных паров на развитие, перезимовку, урожайность и качество зерна озимой пшеницы;
Изучить влияние различных видов паров на основные элементы плодородия выщелоченного чернозёма и определить пути повышения продуктивности пашни.
Определить продуктивность звеньев севооборота с различными парами и дать им биоэнергетическую и экономическую оценку;
5. На основании полученных данных обосновать, разработать и
предложить производству рациональные приемы совершенствования
технологии производства высококачественного зерна зерновых колосовых
культур в зоне неустойчивого увлажнения Центрально-Черноземного
региона с использованием биологических приёмов ресурсосбережения.
Практическая значимость работы.
Сидеральные пары в условиях Центрального Черноземья рекомендуются для посева по ним озимых культур. В связи с этим, внедрение разработанных приемов подбора сидеральных культур дает возможность товаропроизводителям использовать их в качестве предшественников для выращивания озимой пшеницы с высоким качеством продукции, сохраняя при этом плодородие черноземных почв.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Возможность замены чистого пара сидеральным с целью
улучшения агрофизических и агрохимических свойств почвы в условиях
неустойчивого увлажнения Тамбовской области.
2. Влияние органической биомассы сидеральных культур,
заделываемых в почву на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.
Апробация результатов исследования.
Результаты исследований были доложены на первых Костычевских чтениях кафедры почвоведения, геологии и мелиорации Российского государственного аграрного заочного университета.
Опубликованность результатов.
Основные результаты исследований опубликованы в автореферате диссертационной работы и четырёх печатных работах.
Структура и объём диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, основных выводов, рекомендаций производству, списка использованных источников литературы и приложений. Она изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 7 рисунков и 21 таблицу в тексте и 15 — в приложениях. Список использованных источников литературы включает 214 наименований, среди которых 17 на иностранных языках.
Сидерация, как метод повышения плодородия почв
«Приходится вспомнить о зеленом удобрении - пишет Д.Н. Прянишников - оно дает азот и органическое вещество, а вместе с фосфором и калием способно заменить навоз» (Прянишников, 1965).
Под зелёным удобрением понимают заделку в почву ещё неотмершей зелёной, сочной, частично одревесневшей биомассы растений, богатой сахарами, крахмалом, белком и азотом, а также их корней, ещё функционирующих ко времени обработки почвы. Это принципиально отличает зелёное удобрение от других органических удобрений, будь то сухих (солома) или частично перегнивших (навоз) (Шеуджен, 2005).
Влияние растений на почву и её плодородие отмечали многие выдающиеся учёные. В.В. Докучаев (1936) считал бесспорным фактом влияние произрастающей растительности на накопление органического вещества в почве и его качественный состав. П.А. Костычев (1949) считал доказанным образование чернозёма вследствие произрастания на нём травянистых растений. По мнению В.Н. Сукачёва, ведущее значение в почвообразовании и формировании почв принадлежит растениям и животным.
Растения создают органическое вещество различного качества, животные, оказывая существенное влияние в его преобразовании, способны основательно изменить почвы и направленность почвообразования. И.В. Тюрин (1965) полагал, что органическое вещество почвы зависит от исходного материала и условий разложения.
В формировании плодородия почвы роль растительных остатков многогранна. М.В. Фёдоров (1954), М.М. Кононова (1963), М.И. Сидоров, Н.И. Зезюков (1981,1988) указывали на большое значение растительных остатков в формировании плодородия почвы. Поступившее в почву органическое вещество оказывает влияние на питательный режим. При содержании в них азота более 1,7% и соотношение C:N менее 20, а фосфора - более 0,3% и соотношение С:Р205 менее 160-180 трансформация остатков происходит с выделением минеральных форм азота и фосфора. При малом содержании азота (менее 1,7%, соотношение C:N более 180-200) разложение идёт с поглощением питательных веществ из почвенного раствора.
Для создания бездефицитного баланса гумуса на чернозёмах выщелоченных необходимо вносить от 8 до 15 т/га подстилочного навоза, но зачас 17 тую такого количества внести невозможно. В связи с этим необходимо искать другие источники пополнения почвы органическим веществом. Ими могут быть стерня и корни озимых культур, сидераты (в пару и пожнивно), многолетние травы, дефекат (СМ. Надеждин, 1988).
Этим приёмам повышения плодородия почв большое внимание уделяется во многих странах мира (W. Saverland, G. Tiefjen, 1970, Н.Е. Obtrlander, 1977, W.W. Frue, R.L. Blevins, 1989, P. Kundler, 1989, G. Baumgarte, 1989, W. Blasse, 1990; Г.П. Гамзиков, М.Н. Кулагина, 1990). Данные приёмы чаще всего используются отдельно или в комбинации с минеральными удобрениями (Л.К. Шевцова, 1986, О.Ф. Хамова, B.C. Бойко, 1997).
Разложение биомассы растений начинаются сразу после заделывания её в почву. Процесс разложения может протекать в трёх направлениях: минерализации, гумификации и консервации не полностью разложившихся растительных остатков. Разложение остатков в почве сопровождается образованием и накоплением большого набора органических соединений самой разнообразной химической природы, в том числе и токсичных соединений, влияющих на рост и развитие растений (В.Т. Лобков, 1984).
Ввиду того, что значение сидерации как агротехнического приёма, направленного на сохранение и повышение плодородия почв многогранно, устоявшейся трактовки этого понятия до сих пор нет.
Термин «сидерация» впервые предложил в XIX в. французский учёный Ж. Виль.
В сельскохозяйственной энциклопедии (т.5, с.745, 1974г.) под зелёным удобрением или сидерацией понимается группа агротехнических приёмов, при которых для повышения урожая сельскохозяйственных культур в почву запахивают зелёную массу посеянных для этого растений.
Краткая характеристика метеорологических условий 2005-2007 гг
С агрономической точки зрения климат рассматривается как природное богатство, наиболее целесообразное использование которого и составляет одну из главных задач земледелия. Сельскохозяйственная оценка природных ресурсов сводится, в основном, к оценке ресурсов тепла и влаги.
Тамбовская область Центрально-Чернозёмного района относится к зоне неустойчивого увлажнения, поэтому урожайность сидеральной массы исследуемых культур напрямую зависела от погодных условий.
Сумма средних положительных температур воздуха выше +5 С в Тамбовской области колеблется от 2300 до 3180 С, выше +10 С - от 2350 до 2580 С, т.е. тепла вполне достаточно для формирования урожая озимых зерновых культур. Переход среднесуточной температуры через 0 С бывает в первой декаде апреля, через +10 С — в конце апреля. Начало вегетационного периода- 15-20 апреля, продолжительностью 180 - 190 дней.
Климат Мичуринского района Тамбовской области — умеренно-континентальный, с довольно теплым летом и холодной зимой. В среднем выпадает 500 - 550 мм осадков в год на севере области и 425 - 475 мм на юге. Примерно 55 - 60% осадков выпадает в период вегетации. В отдельные годы бывают продолжительные засухи. Весной после снеготаяния в метровом слое почвы содержится 150 - 200 мм продуктивной влаги.
Наши исследования проводились в северо-западной части Тамбовской области. Погодные условия в годы проведения опытов были в основном благоприятны для возделывания исследуемых сельскохозяйственных культур. По данным Мичуринской метеостанции количество осадков и температура воздуха по средним показателям были близки к норме. Однако распределение осадков в период вегетации в отдельные годы отличалось от средних многолетних.
Среднесуточная температура вегетационного периода 2005 года была близкой к среднемноголетним показателям. Количество осадков в июне превысило среднемноголетний показатель в 2,5 раза, а в июле и августе наблюдалась засуха. В сентябре выпало на 16,7 мм ниже нормы осадков при повышенной температуре (на 2,6 С). Это привело к тому, что не все растения смогли хорошо раскуститься. Температура в зимние месяцы варьировала в отношении многолетних показателей, снег сошёл с поля во второй декаде апреля. В целом растения пшеницы перезимовали удовлетворительно.
Вегетационный период 2006 года характеризуется неравномерным распределением осадков по месяцам при несколько повышенной температуре. В июне наблюдался небольшой дефицит осадков.
Количество осадков в 2006 году (702,5 мм) превысило среднемноголетнюю норму на 148,5 мм. В августе количество осадков превысило среднемноголетний показатель почти в 3 раза. В целом можно сказать, что лето было дождливым. Это мешало не только уборке хлебов, но и подготовки почвы к посеву. Только прекращение осадков со второй декады сентября дало возможность посеять озимые. Устойчивый снежный покров установился только в третьей декаде декабря, наблюдались оттепели, что привело к возникновению ледяной корки на посевах озимой пшенице и отрицательно сказалось на перезимовке.
В апреле - мае 2007 года наблюдалась кратковременная засуха,: но повышенное количество осадков в июне и июле не смогло компенсировать недостаток во влаге для роста и развития сидеральных культур и озимой пшеницы.
Такие погодные условия, характерные для Тамбовской области (рис. 1, 2), дают основание считать, что опыты проведены в достаточно типичных для ЦЧР метеорологических условий. Одним из основных факторов, обуславливающих получение нормальной густоты всходов и хорошего развития растений, является влагообеспеченность посевов.
Учитывая, что максимальная урожайность растений формируется при оптимальном соотношении сумм положительных температур воздуха и осадков, их соотношение можно выразить через комплексный показатель погоды — ГТК.
Полевая всхожесть семян озимой пшеницы в зависимости от предшественников
Полевая всхожесть семян — важный показатель, от которого в значительной степени зависит уровень урожайности. В нашем опыте мы использовали семена озимой пшеницы с лабораторной всхожестью 96-97%. Как видно из полученных данных, полевая всхожесть семян в годы исследований была значительно ниже лабораторной.
Наибольшее число всходов наблюдалось по чистому пару, т.к. верхний посевной слой разделывался более интенсивно (91%) и люпину белому (85%). Наименьший показатель всхожести озимой пшеницы был отмечен по вариантам многолетних трав, чему вероятно способствовало большое содержание в почве растительных остатков (табл. 12). Причина более низкой полевой всхожести - различие условий по сравнению с лабораторными условиями.
Полевая всхожесть в определённой степени зависела и от метеоусловий года. Обильное количество осадков, выпавших в сентябре 2006 года, благотворно повлияло на увеличение полевой всхожести озимой пшеницы по-сравнению с метеоусловиями 2005 года.
Следовательно, полевая всхожесть семян зависит не только от предшественника, но также и от метеоусловий года.
Наряду с неоспоримыми достоинствами озимые культуры имеют и существенный недостаток — в годы с неблагоприятными погодными условиями перезимовки они могут погибнуть, что неминуемо приведёт к уменьшению урожайности, а соответственно и рентабельности зерна.
Для озимой пшеницы зимостойкость является одним из важнейших биологических свойств.-Особое значение проблема зимостойкости имеет для Центрально-Чернозёмного региона, где изреживание озимых культур в результате перезимовки достигает иногда больших величин.
Одной из целей нашей работы являлось определение влияния сидеральных и чистого паров на перезимовку озимой пшеницы.
Полученные результаты опытов показали, что на перезимовку озимых культур предшественники оказали определённое влияние.
Гибель растений по чистому пару была меньше, чем по остальным предшественникам и составила 10% от количества растений в осенний период (табл. 13), что связано с более высокой обеспеченностью почвы влагой в данное время.
Наименьшая гибель растений озимой пшеницы, относительно размещения по сидеральным предшественникам, составила по люпину белому (16%). Значительную роль в жизни растений играет углеводородный обмен. Многие учёные находят прямую зависимость между зимостойкостью растений и содержанием легкорастворимых Сахаров в них.
Для установления такой зависимости мы проводили определение Сахаров перед уходом пшеницы в зиму и после перезимовки.
Результаты исследований показали, что перед уходом в зиму, в растениях озимой пшеницы содержалось приблизительно равное количество Сахаров по всем предшественникам (табл. 14).
Расход Сахаров растениями озимой пшеницы также не существенно различался по вариантам опыта и составил 14,8-16,2%.
На этом основании можно утверждать, что гибель растений озимой пшеницы происходит в основном в ранне-весенний период от резкого перепада ночных и дневных температур. Растения в этот период, как правило, после зимовки ослаблены, содержат мало Сахаров, в результате чего часть растений погибает. Следовательно, зимостойкость растений озимой пшеницы характеризуется не запасами Сахаров перед уходом в зиму, а в большей мере интенсивностью их расходования в процессе зимовки и погодными условиями в ранне-весенний период.
Биоэнергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы в зависимости от предшественников
В современных условиях, при значительных энерговложениях, целесообразно вести оценку севооборотов с позиций системно-энергетического подхода. Расчёты учёных показывают, что хотя сельскохозяйственная продукция содержит больше энергии, чем затрачивается на её производство, однако эти издержки постоянно растут (Полевщиков, 2005). По расчётам на 100 калорий продукции в 1928 г. затрачивалось 48 калорий совокупной энергии, в 1950 г. - 57, в 1960 г. - 70 и в 1986 г. — 86 калорий. Сохранение этой тенденции может привести в будущем к такому положению, когда сельское хозяйство станет потребителем энергии, функционирующим за счёт невосполнимых источников (Булаткин, 1986).
В настоящее время, наряду с экономическими критериями эффективности систем земледелия посредством денежных и трудовых показателей все большее значение приобретает метод энергетической.оценки технологий, учитьшающий как количество энергии аккумулированной в сельскохозяйственной продукции, так и затраченной на ее производство (Попов, 1988; Коринец, 1990; Дашкова, 1991).
Энергетическая оценка имеет ряд преимуществ перед экономической: она помогает измерить и сопоставить затраты энергии не только живого и прошлого труда, но и природных ресурсов; позволяет избежать некоторой условности и однобокости стоимостной оценки, во многом обусловленной политики цен; дает возможность выразить все виды затрат и результаты сельскохозяйственной деятельности в единых международных единицах (Ккал, Дж,МДж)ит.д.
Однако экологическая сбалансированность систем земледелия и в частности севооборотов может быть обеспечена только при системно-энергетическом- подходе,- предполагающем использование биоэнергетической оценки (Володин, 1989,2000; Неклюдов, 1993; Абрамов, 2001;).
При этом учитываются такие основные составляющие биоэнергетического процесса, как солнечная энергия и изменение энергопотенциала почвы происходящее при возделывании сельскохозяйственных культур.
Полученные в результате расчётов данные по энергозатратам на возделывание сельскохозяйственных культур дают возможность: 1) выявить наиболее энергоёмкие процессы и технологические операции; 2) разработать и внедрить новые агротехнические приёмы с целью уменьшения энергозатрат; 3) заменить невозобновляемые (невосстанавливаемые, нетрадиционные) виды энергии возобновляемыми; 4) использовать меры материального и морального стимулирования для ликвидации непосредственных потерь энергоресурсов.
Системно-энергетический подход позволяет оценивать севообороты в целом и ориентировать их на преимущественное внедрение в производство менее энергоёмких технологий с учётом конкретных почвенно-климатических условий (Полевщиков, 2005).
При определении энергетической эффективности изучаемых агроприёмов мы использовали методические разработки Мичуринского ГАУ (Афонин, 1997).
Результаты исследований показали, что размещение озимой пшеницы по однолетним сидеральным травам позволило снизить затраты совокупной энергии на 4,3%, а по многолетним - на 8,2% (табл.21).
Коэффициент энергетической эффективности под предшественникам озимой пшеницы по сравнению с чистым паром увеличился с 2,25 до 2,51 (по многолетним сидеральным травам).
Наибольший уровень рентабельности составил 151,2% по варианту многолетних трав, что на 26,7% больше, чем по чистому пару. Это увеличение рентабельности произошло за счёт выхода энергии в урожае зелёной массы.
Исходя из полученных результатов исследований, с точки зрения воспроизводства плодородия почв и биологизации земледелия, наиболее выгодно использовать энергосберегающие технологии возделывания зерновых культур (в нашем случае — озимой пшеницы) с частичной или полной заменой чистых паров сидеральными.
