Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8.
2. Характеристика почвенно-климатических условий ...20.
2.1. Рельеф местности 20.
2.2. Почвенный покров 20.
2.3. Климатические условия 23.
2.4. Погодные условия в годы проведения исследований 26.
3. Задачи, схема опытов и методика проведения исследований 30.
3.1. Задачи исследований и схема опытов 30.
3.2. Методика проведения исследований 32.
4. Системы основной обработки светло-каштанновых почв в короткоротационном севообороте 35.
4.1. Агрофизические показатели почвы 35.
4.2. Водопотребление сельскохозяйственных культур 48.
4.3. Гумус почвы. Поступление пожнивно - корневых остатков возделываемых культур, их гумификация 56.
4.4. Динамика подвижных форм азота, фосфора и калия под сельскохозяйственными культурами 61.
4.5. Засоренность посевов 71.
4.6. Урожайность культур севооборота в зависимости от систем основной обработки 77.
4.7. Качество продукции 80.
5. Экономическая и биоэнергетическая оценка систем основной обработки светло-каштанновых почв 89.
5.1. Экономическая эффективность основной обработки почвы в короткоротационном севообороте 89.
5.2. Биоэнергетическая оценка систем основной обработки почвы 93.
Выводы 97.
Предложения производству 103.
Список использованной литературы
- Почвенный покров
- Методика проведения исследований
- Гумус почвы. Поступление пожнивно - корневых остатков возделываемых культур, их гумификация
- Экономическая эффективность основной обработки почвы в короткоротационном севообороте
Введение к работе
При переходе к системам земледелия нового поколения, в их основу должны быть положены севообороты с короткой ротацией. При этом возрастает роль основной обработки почвы, как основного фактора в решении задач воспроизводства плодородия почв, получении экологически чистой продукции и достижение при этом максимально экономического эффекта.
Особенности системы основной обработки почвы в севооборотах с короткой ротацией обуславливают применение машин нового поколения. К ним предъявляется ряд требований, вытекающих из специфики их работы: высокая производительность при минимальном расходе топлива, качественное выполнение технологических процессов, техническая надежность, возможность быстрой и удобной переналадки в зависимости от условий и видов агротехнических операций, исключение отрицательного воздействия на окружающую среду. Усиление природоохранной и ресурсосберегающей направленности систем основной обработки почвы при выращивании сельскохозяйственных культур, является весьма актуальным вопросом в решении задачи стабилизации и дальнейшего развития земледелия.
Цель исследований сводилась к разработке научно-обоснованной системы основной обработки почвы с использованием комбинированного агрегата АПК - 6, при которой обеспечивается сохранение плодородия в пахотном слое, экономия материальных и энергетических затрат и, в целом, снижение ресурсоемкости технологии выращивания озимой пшеницы и ячменя в короткоротационном севообороте.
В задачи исследований входило решение следующих вопросов: Определение агротехнической, экономической и биоэнергетической оценки изучаемых систем основной обработки почвы.
Качественная и количественная оценка способов основной обработки почвы, способствующих более рациональному использованию почвенно-климатических ресурсов и средств интенсификации земледелия, обеспечивающих улучшение показателей плодородия почв и роста урожайности культур севооборота.
Особенности формирования агрофизических свойств и пищевого режима пахотного слоя, влагообеспеченности культур и засоренности посевов в зависимости от систем основной обработки почвы.
Научная новизна. Впервые в условиях светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья научно обоснована эффективность систем основной обработки почвы короткоротационном севообороте с использованием АПК - 6 и влияние на сохранение положительного баланса гумуса в пахотном слое. Установлены водопотребление сельскохозяйственных культур и динамика основных элементов питания растений. Определены экологические, энергетические и качественные параметры получаемого зерна в зависимости от систем основной обработки почвы в короткоротационном севообороте. Дана экономическая и биоэнергетическая оценка технологий выращивания озимой пшеницы в зависимости от систем основной обработки почвы.
Практическая ценность работы - определяется обработкой научно-обоснованной комбинированной системы основной обработки почвы в короткоротационном севообороте, обеспечивающей повышение выхода зерна с 1 га севооборотной площади на 32,7 %, а снижение себестоимости продукции на 12,9 %. При этом рентабельность производства зерна достигает 154,8%.
Реализация результатов работы. Производственная проверка и внедрение результатов исследований, проведенная в ОПХ «Россия», СПК «Морозовка», ЗАО «Прогресс» Николаевского района Волгоградской
области, подтвердила высокую экономическую эффективность рекомендованной комбинированной системы основной обработки почвы.
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано четыре работы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на научно-практических конференциях Волгоградской Государственной Сельскохозяйственной Академии (2002 - 2004 гг.), международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития АПК», посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной Войне (Волгоград: ВГСХА, 2005), межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Инновационные технологии в сельском хозяйстве» (Пенза: РИО ПГСХА, 2006).
Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
Комбинированная система основной обработки почвы как фактор снижения ресурсоемкости технологии выращивания культур в короткоротационном севообороте.
Водопотребление, пищевой режим почвы и засоренность посевов в связи с отвальной, плоскорезной и комбинированной системой основной обработки почвы.
Урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность севооборота в зависимости от систем основной обработки почвы.
Экономическая и биоэнергетическая эффективность различных систем основной обработки почвы при выращивании культур в короткоротационном севообороте.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендации сельскохозяйственному производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 164 страницах компьютерного текста, включает 8 рисунков, 17 таблиц и 39 приложений.
Список используемой литературы включает 170 источников, в том числе 6 иностранных авторов.
Работа выполнена при кафедре общего и орошаемого земледелия Волгоградской ГСХА, а ее экспериментальная часть в ЗАО «Агрофирма -Восток» Николаевского района Волгоградской области.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.
^ В комплексе мероприятий, обеспечивающих получение высоких и
стабильных урожаев сельскохозяйственных культур и неуклонное повышение плодородия почвы, применение наиболее рациональных приемов обработки почвы с установлением оптимальных глубин и способов занимает одно из ведущих мест.
Почвы Волгоградского Заволжья представлены каштановыми и главным образом светло- каштановыми почвами. Эти почвы содержат мало гумуса, отличаются солонцеватостью, низкой водопрочностью агрегатов, слабой ф водопроницаемостью, плотным сложением пахотного горизонта и еще более уплотненным подпахотным горизонтом, часто имеют до 10-20 и более процентов солонцов. При увлажнение они набухают, а при высыхании растрескиваются. Поэтому обработка почвы должна улучшать водно-физические свойства и обеспечивать устойчивое состояние этих свойств на оптимальном уровне не только на глубину пахотного слоя, но и части подпахотного (В.В.Егоров, 1978).
Основным лимитирующим фактором Волгоградского Заволжья является влагообеспеченность. В связи с этим главными задачами основной обработки 0 почвы будут сохранение и экономное расходование почвенной влаги при минимуме затрат на выполнение этих работ.
Одним из наиболее важных в этом отношении агроприемом, является глубина и способ основной обработки почвы.
Проблема выбора способа и глубины обработки почвы всегда привлекало
внимание практиков- аграрников и многих отечественных, а также
зарубежных ученых. Начиная с классиков античного земледелия (Катон,
Варрон и Калумела) и заканчивая сегодняшним днем, вопросы обработки
почвы всегда были предметом постоянного внимания и изучения.
| Многие русские ученые отмечали важность глубины вспашки. Так,
русский агроном А.Т. Болотов к обработке предъявлял требования, чтобы
«... земля, сколько можно глубже вспахана и мягче была уработана». Он рекомендовал проводить вспашку «на сколько глубоко пахотный слой простирается». М.Г. Павлов считал, что «глубокая вспашка есть основание для всех улучшений по земледелию».
И.А. Стебут, А.А. Измаильский, К.А. Тимирязев рассматривали глубокую пахоту, в первую очередь, как средство улучшения водного режима. И.А. Стебут отмечал: « ...чем глубже пашется земля, тем глубже она разрыхляется, тем легче проникает в нее вода, так что при недостатке этой последней почва сохраняется долее влажной», « ...чем глубже пашется земля, тем скорее обогревается почва, тем беспрепятственнее могут проникать в почву на большую глубину корни растений и тем больше становится масса почвы, из которой растения берут корнями пищу». А.А. Измаильский писал: «Поддерживание поверхности почвы в рыхлом состоянии и углубление пахотного слоя имеет громадное значение в борьбе с засухой. Значение этих мер тем сильнее должно выражаться, чем суше климат и чем легче, благодаря своим физическим свойствам, уплотняется почва».
К.А. Тимирязев отмечал: « Польза глубокой вспашки как одной из мер борьбы с засухой, кажется, не подлежит сомнению вследствие достигаемого двойного результата - накопления и лучшего сохранения влаги».
Теоретические положения основной обработки и весенней допосевной обработок почвы были разработаны и научно- обоснованы выдающимися русскими учеными конца XIX и начала XX столетия: П.А. Костычевым, В.Р. Вильямсом, А.Г. Дояренко, Н.М. Тулайковым. В.Р. Вильяме считал, что верхний слой почвы в летний период утрачивает агрономически ценную структуру, отчего снижается плодородие почвы.
Причинами этого, по его мнению являются:
механическое воздействие на почву машин и орудий при их движении по полю во время обработки почвы;
физико-химические - поступления аммиака, вымывания кальция осадками и другие;
биологические - аэробное разложение перегноя, обеспечивающего создание структурной водопрочной почвы.
Чтобы поддерживать структурное состояние почвы, В.Р. Вильяме предлагал вводить в севообороты многолетние травы с последующим ( через 3-4 года) запахиванием их плугами с предплужниками.
Ряд ученых того времени имели другое мнение по поводу структуры почвы, и не считали его важнейшим свойством почвы (Н.М. Тулайков и А.Я. Дояренко).
В тоже время основным видом обработки почвы оставалась вспашка.
Роль и значение глубины и способов обработки почвы в жизни растений и самой почвы вскрыты в работах И.П. Котоврасов (1965), Д.И. Бурова (1968,1970), С.Д. Лысогорова (1971), Т.С. Мальцев (1971), В.А. Ушноренко (1975), К.Г. Шульмейстер, А.Н. Сухов (1979), В.И. Марымова, В.М. Жидкова (1982), N. Frackowiak и др. (1985), С.А. Воробьев, А.Н. Каштанов, A.M. Лыков, И.П. Макаров (1991), В.П. Зволинский (1993).
Исследования последних лет показывают, что глубокая вспашка улучшает водный, воздушный, солевой, пищевой режимы почвы, уменьшает засоренность посевов, что в конечном итоге обуславливает получение более высоких урожаев возделываемых культур (В.П. Кириченко, 1975; Г.П. Козина; В Н. Чурзин; A.M. Беляков, 1994; Н.М. Мртынович; И. Бугаева, 1972; В.П. Нарциссов, 1976; М.Ф. Подвойский, 1966; А. Чекрыжов, 1979; А.И. Шабаев,2000; Г.В. Вьюгина, СМ. Вьюгин, 2004).
Установлено, что на черноземах и каштановых почвах Северного Кавказа, Закавказья, Украины и Молдавии зяблевая вспашка на глубину 0,30-0,35 м снижает засоренность в 1,5-2 раза и увеличивает урожай зерна кукурузы на 0,6-1,0 т, а зеленной массы на 4,0-6,0 т/га (А.Л. Запарожченко,1978).
В опытах В.В. Грищенко (1971), П.В. Вдовина, М.С. Матюшена (1978), С.Я. Мухтарова (1983), А.И. Шабаева (1990) установлено, что чередование
глубины основной обработки почвы в севообороте способствует разрушению плужной подошвы, подавлению сорняков, улучшению водно-физических свойств пахотного горизонта, росту урожаев возделываемых культур. В тоже время они подчеркивают, что система разноглубинной обработки должна конкретизироваться в местных условиях в зависимости от типа почвы и их окультуренности, вида севооборота и набора культур в нем, а также целого ряда других факторов и поэтому в этом вопросе единого шаблона быть не может.
Поиски замены глубокой вспашки более экономичными методами проводились русскими учеными Д.И. Менделеевым и П.А. Костычевым.
Д.И. Менделеев подчеркивал необходимость дифференцированного подхода к глубине и частоте вспашки. Он писал: « Углубление пахотного слоя до возможной глубины вводит в оборот большую массу почвенного запаса, уменьшает влияние засухи и избытка влаги», она необходима, «... чтобы исходные для растений питательные вещества перешли в форму более годную для питания растений». В тоже время он указывал, что « очень многие впадают в ошибку, полагая, чем больше раз вспахать, тем лучше. Если, например, покрыть почву листвой, соломой или вообще чем бы то ни было оттеняющим и дать ей спокойно полежать некоторое время, то она без всякого пахания достигнет зрелости». Д.И. Менделеев и П.А. Костычев отрицали необходимость ежегодного проведения глубоких обработок почвы. П.А. Костычев считал, что значительная глубина вспашки является излишней. Глубоко пахать можно через ряд лет, а « в промежуточное время можно для избежания расходов довольствоваться более мелкой пахотой». « Если приходится пахать сухую землю, то чем позднее она пашется, тем мельче должна быть пахота, потому что при пахоте глубокой приходится запахивать землю сухую, а выворачивать влажную, следовательно, потеря воды при этом неизбежна».
Горячим сторонником поверхностной обработки почвы на глубину 5-6 см был И.Е. Овсинский. Он получал при такой обработке урожай, почти вдвое
превышающий в окружающих хозяйствах. Такое положение исследователь объяснял тем, что неглубоко обработанная почва в естественном состоянии обладает достаточно хорошей водо- и воздухо- проницаемостью за счет ходов дождевых червей и корней растений.
Многие ученые также являются сторонниками минимальной обработки. Так И.А. Чуданов, Л.Ф. Лигастаева и Е.А. Борякова пишут, что естественная равновесная плотность сложения черноземов Среднего Поволжья близка к оптимальной для зерновых культур, поэтому здесь возможна минимализация основной обработки почвы и даже прямой посев в необработанную почву.
В 90-х годах позапрошлого столетия русский ученый И.Е. Овсинский разработал и предложил приемы безотвального рыхления, способствовавшие в его опытах повышению урожаев. Он писал: «... верхний слой почвы при обработке надо оставлять наверху, чтобы на поверхности почвы из органических остатков, в обилии находящихся именно в верхнем слое, образовался слой, богатый перегноем, который, с одной стороны обеспечивает атмосфере, а с нею и водяным парам доступ внутрь почвы, с другой же - усиливает поглотительную способность почвы, что ... является главной задачей обработки».
Еще раньше в 80-х годах вопрос о безотвальной обработке почвы ставили Д.И. Менделеев и П.А. Костычев. Они не считали оборачивание почвы обязательным приемом для повышения ее плодородия.
Н.Н. Майстренко, Б.Н. Воронин, А.В. Еремин, О.Г. Майстренко отмечают, что систематическая безотвальная обработка улучшает азотный режим почвы и повышает урожай.
А.В. Тихонов и СМ. Свитко в своих исследованиях установили, что длительное применение плоскорезной и мелкой обработки почвы с заделкой соломы в верхний слой приводит к глубокой дифференциацией пахотного горизонта по плодородию с максимумом наверху.
Г.Н. Лысак пишет, что при систематической бесплужной обработке почвы без оборачивания пласта механическому воздействию подвергаются одни и
те же слои почвы, что приводит к их распылению и снижению плодородия. В севообороте после зерновых культур лучше проводить безотвальную обработку почвы, с оставлением стерни, после культур, не оставляющих стерню, - вспашку с комплексом противоэрозионных агротехнических приемов.
В современных условиях сельскохозяйственного производства разноглубинность- один из основных принципов системы основной обработки почвы. В соответствии с ним основная обработка почвы в севообороте должна быть переменной по глубине и строится на основе учета биологических особенностей возделываемых культур и последствия глубокого рыхления.
В настоящее время перед выбором системы механической обработки стоят следующие задачи:
Изменение строения пахотного слоя и структурного состояния для создания благоприятного водно-воздушного и теплового режима;
Усиление круговорота питательных веществ путем вовлечения их из более глубоких горизонтов и воздействия в необходимом направлении на микробиологические процессы;
Уничтожение сорных растений, зачатков болезней и вредителей сельскохозяйственных культур;
Предупреждение эрозийных процессов и связанных с этим потерь воды и питательных веществ;
Снижение жизненности многолетних сорных видов растений или их полное подавление при обработке целинных и залежных земель;
Создание условий для заделки семян культурных растений на оптимальную глубину (С.А. Воробьев, Д.И. Буров и A.M. Туликов, 1977).
Эти задачи эффективно разрешаются в системе основной обработки почвы, под которой понимают «наиболее глубокую обработку почвы под
определенную культуру севооборота, существенно изменяющую ее сложение» (ГОСТ 16265- 80).
Следует также отметить, что процесс основной обработки почвы это наиболее трудоемкая и энергоемкая операция в общей технологической цепи возделываемых культур. По усредненным данным при углублении пахоты на 0,01 м энергозатраты возрастают на 5-7 %. В связи с этим внедрение рациональной системы основной обработки почвы в севообороте будет способствовать более экономному использованию трудовых, денежных и топливно-энергетических ресурсов, а также обеспечивать соблюдение оптимальных агротехнических сроков полевых работ.
В условиях современного развития сельскохозяйственного производства практически все земельные ресурсы уже освоены, проблема изучения и разработка рациональных систем агротехнических мероприятий по возделыванию сельскохозяйственных культур в настоящее время является исключительно актуальным и имеет большое народно- хозяйственное значение.
В решении задачи стабилизации и дальнейшего развития земледелия России, усиление его природоохранной и ресурсосберегающей направленности важная роль принадлежит научно- обоснованным севооборотам, которые продолжают оставаться доступным и эффективным средством повышения уровня влагообеспеченности и питания растений, биологическим фактором восстановления плодородия, улучшение физических свойств, устранение токсичности почвы, снижение засоренности посевов. Они предотвращают распространение вредителей и болезней сельскохозяйственных культур и являются организационно- экономической основой систем земледелия.
В условиях специализации производства, развития фермерских хозяйств и других форм землепользования происходит изменение структуры посевных площадей, уменьшение числа полей и максимальное увеличение площадей под основными культурами. Поэтому возникает острая необходимость
внедрения севооборотов с короткой ротацией, в основу которых должно быть положено оптимальное насыщение севооборотов чистыми парами, зерновыми и культурами других биологических групп.
Большое разнообразие почвенно-климатических условий РФ требует творческого применения различных приемов основной обработки почвы и их сочетаний в конкретных условиях сельскохозяйственного производства.
В настоящее время в технологических схемах возделывания культур обработка почвы занимает все больший объем, и в том числе вспашка, на проведение которой расходуется свыше 50 % общего количества топлива (В.Н. Попов и др., 1988; Б. Севернов, 1992), около 40 % энергетических затрат, 50,6 % рабочего времени, 25 % трудовых затрат (Schulz J., 1979). Поэтому в условиях острого дефицита топлива и повышения его стоимости, а следовательно и всех других работ в земледелии, на первый план выдвигается проблема изучения, разработки и внедрения в производство энергосберегающих способов обработки почвы.
В них важное значение имеет плоскорезная обработка с сохранением стерни на поверхности почвы. Основная плоскорезная обработка менее энергоемка, чем вспашка. На светло-каштановых почвах Поволжья при ней сокращается расход горючего на 30 %, повышается производительность труда на 24 % (К.Г. Шульмейстер, А.Н. Сухов, А.К. Журбенко, 1984). Основная плоскорезная обработка улучшает водный режим почвы путем задержания снега стерней и в этом отношении представляет важное мероприятие в борьбе с засухой и в увеличении урожайности засушливых районов.
В связи с этим в последнее время применительно к засушливым районам с ясно выраженной эрозией наметились контуры новой системы земледелия, отличительной особенностью которой является использование стерневой защиты в целях контроля ветровой и водной эрозии.
В конце концов, стало ясно, что традиционная отвальная вспашка не всегда и не везде применима. Вместо нее в полузасушливых районах США и
Канады сложилась механизированная система мульчирования стерней. «Стерневая мульча эффективно предупреждает эрозию почвы без сколько-нибудь заметного снижения урожаев», является « превосходнейшей системы земледелия». И эта « система обработки почвы с использованием мульчи стала традиционной».
Отмечаются и другие положительные стороны стерневого мульчирования: более стабильный температурный режим почвы, уменьшение глубины промерзания, лучшее усвоение талых вод и снижение скорости испарения влаги, стимулирования микро - биологических процессов.
По имеющимся экспериментальным данным научно- исследовательских учреждений Западной Сибири, Поволжья, Южного Урала, плоскорезная обработка в сравнении с отвальной вспашкой дает значительную прибавку урожая яровых зерновых культур (А.И. Бараев, Э.Ф. Госсен и А.А. Зайцева, 1975).
Отмеченные успехи послужили поводом академику А.И. Бараеву полностью отрицать роль отвальной вспашки. Он предложил совершенно отказаться от применения дисковых лущильников, зубовых борон, обычных зерновых сеялок, гладких катков. Свои выводы о преимуществе почвозащитной обработки А.И. Бараев переносит на районы Поволжья, юга Украины, центрально- черноземную область. По мнению А.И. Бараева: «повсеместный переход в степных районах на плоскорезную обработку и посев зерновых культур стерневыми сеялками могут обеспечить не только надежную защиту почв и посевов от ветровой эрозии, но и существенно повысить урожай зерновых культур и валовые сборы зерна в каждом хозяйстве, а в остро - засушливые годы преодолеть или существенно снизить губительное действие засухи и суховеев». Однако ряд авторов приходит к выводу о необходимости сочетания различных способов обработки почвы в севооборотах.
Наблюдениями кафедры микробиологии и физиологии растений Волгоградской Государственной Сельскохозяйственной Академии
установлено, что к микробиологической оценке плоскорезной обработки почвы следует подходить дифференцированно, с учетом складывающихся погодных условий и характера возделываемой культуры. В засушливые годы она вдвое повышает биологическую активность за счет улучшения водного режима. Ее устойчивое преимущество заметно проявляется при основной обработке черного пара под озимую пшеницу.
Еще на заре земледельческой культуры, когда человек, отбирая полезные для себя растения, старался избавиться от бесполезных, возникла проблема борьбы с сорняками. И поныне эта проблема стоит перед земледельцами всех стран мира как одна из важнейших. По подсчетам ученых, ежегодно человечество теряет от сорняков 9,5 % урожая. За счет потерь зерна можно было бы прокормить страну с населением 100 млн. человек.
С особой остротой задача по уничтожению сорняков встает перед земледельцами засушливых районов, где сорняки являются преуспевающими конкурентами культурных растений в потреблении и без того1 крайне незначительной почвенной влаги. Многие из сорняков расходуют в 2-3 раза больше воды, чем культурное растение. Потому-то видные ученые, в том числе и классики русской агрономии, считали ликвидацию сорной растительности важнейшей задачей культурного земледелия.
Основной недостаток бессменной плоскорезной обработки в севообороте, по мнению многих авторов, заключается в том, что она исключает возможность создать глубокий окультуренный и однородный по плодородию пахотный слой. В нижней половине пахотного слоя вследствие ухудшения аэротермических и микробиологических условий резко снижается биологическая активность почвы и уменьшается накопление усвояемых питательных веществ в сравнении с данными показателями в верхней половине пахотного слоя (С.С. Сдобников, 1980).
Бессменная плоскорезная обработка почвы отрицательно сказывается и на засоренности посевов, о чем свидетельствуют многолетние данные опытных учреждений (П.З. Колмаков, A.M. Нестеренко, 1981).
При данной обработки все осыпавшиеся семена сорняков накапливаются в поверхностном слое, в котором сохраняют полную полевую всхожесть и ежегодно сильно засоряют посевы в севообороте. При отвальной вспашке наибольшая часть осыпавшихся семян сорняков запахиваются глубже уровня (6-7см), ограничивающего возможность появления их проростков на поверхности почвы.
Таким образом, урожайность зерновых культур при плоскорезной системе основной обработки колеблется под влиянием двух противоположно действующих факторов: положительного значения стерни в улучшении водного режима почвы и отрицательной роли ее высокой потенциальной засоренности. Сказывается также не однородность плодородия почвы по профилю пахотного слоя.
В сильно засушливых условиях проявляется положительное действие на урожайность плоскорезной обработки, во влажных условиях преимущество переходит к отвальной вспашке.
Для устранения отмеченных отрицательных последствий важную роль играет периодическое чередование отвальной вспашки и плоскорезной обработки в севообороте (В.А. Корчагин, 1986).
По данным Куйбышевского НИИ СХ (Г.И. Казаков, 1984) яровая пшеница в четырехпольном зернопаровом севообороте за 1969-1980 гг. дала одинаковые средние урожаи при плоскорезной обработке и отвальной вспашке, однако наблюдались резкие их колебания по годам: большое превышение при плоскорезной обработке в сильно засушливые годы и такое же превышение при отвальной вспашке во влажные годы.
Результаты полевых опытов Нижне-Волжского НИИ СХ свидетельствуют о том, что урожайность яровых зерновых культур в четырехпольном зернопаровом севообороте при плоскорезной обработке была на 2 ц/га ниже, чем при отвальной вспашке. При комбинированной системе обработки, когда плоскорезная обработка проводилась в черном пару и под ячмень, отвальная
вспашка под яровую пшеницу подняла урожайность последней с 11,9 до 14,3 ц/га (К.Г. Шульмейстер, 1984).
Аналогичные результаты получены кафедрой общего и орошаемого земледелия Волгоградского СХИ на светло- каштановых почвах в 1981-1985 гг. Наибольший выход зерна в четырехпольном зернопаровом севообороте в расчете на 1 га севооборотной площади получен при отвальной вспашке на одном поле и разноглубинных плоскорезных обработках на остальных полях, причем отвальная вспашка проводилась под замыкающую севооборот культуру для более эффективной борьбы с сорняками (Коротич, 1986).
Отмечены недостатки плоскорежущих рабочих органов, проявляющиеся в увеличении засоренности полей севооборотов и не однородности плодородия почвы по профилю пахотного слоя, а также слабой снегонакопительной роли стерни из-за частых зимних оттепелей наблюдается во всех районах Юга-Востока. Об этом свидетельствует обстоятельная сводка результатов работы научно- исследовательских учреждений, приведенная А.Н. Каштановым, 1982.
Для успешного осуществления плоскорезной обработки почвы необходимо усовершенствование почвообрабатывающей технике. В этом отношении лучшие результаты может дать использование дисковых орудий совместно с щелерезами. Что наряду с отвальной вспашкой в системе основной обработки почвы в короткоротационных севооборотах позволяют увеличить выход продукции с одного га в остро засушливых условиях Волгоградского Заволжья.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.
2.1. Рельеф местности.
Закрытое Акционерное общество «Агрофирма «Восток» Николаевского района Волгоградской области, на полях которого проводились исследования, находится в зоне Прикаспийской Низменности, которая занимает территорию Заволжья. Современный облик Прикаспийской Низменности был обусловлен хволынской (четвертичной) трансгрессией Каспия, отложившей на поверхности горизонт песчаных глин и горизонт «шоколадных» глин.
Хволынская глинистая равнина очень ровная, и на значительных участках относительные превышения рельефа составляют не более 2-3 м. общий ровный фон равнины осложнен лиманами и падинами.
Поверхность глинисто-суглинистых равнин Заволжья почти совершенно лишена оврагов, балок, речных долин и представляет собой почти не затронутое эрозией дно древнего Каспия. Геологическая молодость рельефа равнины, возраст которого 12-15 тыс. лет, исключительная равнинность района и положение его в полупустынной зоне определяют почвообразовательные процессы этой территории.
2.2. Почвенный покров.
Подзона светло-каштановых почв, занимает 35,74 тыс. га, или 31,69 % от всей площади Волгоградской области. Большая часть этих почв расположена на территории Прикаспийской низменности и значительная часть в пределах Ергенинской и Донской равнины.
По механическому составу эти почвы самые разнообразные: тяжелые, средние и легкосуглинистые. Преимущественное распространение имеют тяжелосуглинистые почвы.
Светло-каштановые почвы характеризуются небольшим гумусовым горизонтом и низким содержанием гумуса (1,4-2,1 %) в пахотном слое. Для них характерна бесструктурность верхнего и уплотненность подпахотного горизонтов, что затрудняет доступ влаги и воздуха в нижележащие слои, развитие корневой системы растений. Почвы очень бедны валовым азотом, в верхних горизонтах его содержание колеблется от 0,126 до 0,163 %. Содержание гидролизуемого азота довольно высокое (4,7-16,0 мг/кг почвы). Обеспеченность фосфором средняя, обменным калием- высокая.
Емкость поглощения в пахотном слое зональных светло-каштановых почв составляет 26-30 мг/экв. на 100 гр. почвы. В составе обменных катионов 70-80 % приходится на кальций. Процент натрия от суммы поглощенных оснований колеблется от 2,5-3,2 % у несолонцеватых до 5-10 % у солонцеватых почв (Дегтярева Е.Т., Жулидова А.Н.,1970 г.)
Морфологическое исследование показало, что почвы опытного участка имеют профили, характерные для почвообразовательного процесса в зоне сухих степей.
Горизонт А (0-0,25м) - пахотный, светло-коричневый, уплотненный, тяжелосуглинистый, густо пронизан корнями. Содержание гумуса изменяется в пределах 1,80-1,89 % ,подвижные формы азота содержатся в количестве 7,45-7,63 мг/кг почвы, фосфора - 35,0-37,0 мг/кг почвы и обменного калия - 300,0-325,0 мг/кг почвы. Переход к горизонту В1 заметный.
Горизонт В1 (0,25-0,347м) - светло-коричневый с гумусообразующими затеками, глинистый, крупнокомковатый, уплотненный, корнями растений пронизан средне, переход к горизонту В2 постепенный.
Горизонт В2 (0,35-0,67м) - коричнево-бурый, равномерно-окрашенный, тяжелосуглинистый, с пятнами белоглазки, в нижней части бурно вскипает от серной кислоты. Корней мало, переход к горизонту постепенный.
Горизонт С (0,68-1,15м) - светло-бурый, среднесуглинистый, плотный, корни единичные, ярко выраженная белоглазка на глубине 0,7-0,9м.
Описание почвенных разрезов позволяет отнести почвы опытного участка к светло-каштановым тяжелосуглинистым разностям.
Механический состав почвы по горизонтам крайне неоднороден. Преобладающие в почве частицы менее 0,05 мм, характеризуют ее как тяжелый суглинок. В почве преобладает фракция крупной пыли (0,05-0,01 мм), по сравнению с мелкой (0,005-0,001мм). Илистая фракция почвы (0,001-0,0005мм) постепенно увеличивается с 23,78-29,16 % в верхнем горизонте до 33,72-40,16 % на глубине 0,30-0,50м.
Одним из основных агрофизических показателей при оценке сложения почв является плотность. Численные показатели ее закономерно возрастают с глубиной по профилю, достигая в горизонте С (0,68-1,15м) 1,56-1,62 т/м3. Удельная масса или плотность твердой фазы почвы меняется в пределах 2,46-2,67 т/м3, общая скважность пахотного слоя составляет 43,0-48,4 %.
Светло-каштановые почвы имеют сравнительно невысокую влагоемкость, которая зависит от механического и химического состава, структуры и скважности почвогрунта, содержания гумуса. Наименьшая влагоемкость по профилю уменьшается от 22,5-23,6 % в пахотном слое и до 16,2 % в слое 0,8-1,0 м.
В активном слое 0,8м наименьшая влагоемкость составляет 21,77 %,в слое почвы 0-1,0м -20,6 % (приложение 1).
Грунтовые воды залегают на глубине 8-11 ми подпитывающего влияния не оказывают.
Реакция почвенного раствора слабощелочная и изменяется от 7,6 в слое 0-0,1 м до 8,3 на глубине 0,9-1,0 м. Содержание гумуса низкое и резко снижается по глубине почвенного профиля. Обеспеченность почв опытного
участка минеральным азотом характеризуется как низкая, содержание подвижного фосфора - более 30 мг/кг почвы Р2О5, содержание калия высокое, около 300 мг/кг почвы КгО (приложение 2).
Почва опытного участка отличается незначительным содержанием как хлоридов, так и сульфатов с тенденцией увеличения их с глубиной (таб. 2.2.1).
Таблица 2.2.1 Содержание легкорастворимых солей в почве опытного участка.
Исследуемая почва относится к разряду незасоленных. Присутствие хлоридов в почве в количестве 0,003-0,007 % вредного впитывания на сельскохозяйственные растения не оказывают.
2.3. Климатические условия.
Волгоградская область расположена в южной половине умеренного климатического пояса. Наиболее характерной особенностью природно-климатических условий территории области является четкая смена сезонов с типичными для них особенностями погоды, атмосферными явлениями, условиями увлажнения.
По общепринятой классификации, территория области относится к континентальной Восточно-Европейской климатической провинции (Сажин А.Н.,1993).
Континентальность климата выражается в суточных и годовых амплитудах температуры воздуха, количестве и годовом ходе осадков, запыленности воздуха, режиме других метеорологических величин.
Основным источником энергии для всех природных процессов является солнечная радиация, поэтому характеристика радиационного режима дает объективное представление о климатических ресурсах территории.
По расчетам И.П. Кружилина (1976) и В.И. Филина (1987) территория Нижнего Поволжья (в пределах Волгоградской, Астраханской областей и республики Калмыкии) располагает значительными радиационными (17,24-20,1х103 кДж/га ФАР) и тепловыми ресурсами (сумма температур свыше 10 С 2700-3300 С). По данным агрометеорологической станции Волгоградской ГСХА, приход суммарной радиации в зоне проведения исследований носит довольно устойчивый характер и в среднем за вегетацию составляет 375 кДж/см2.
Таким образом, радиационные ресурсы в зоне проведения исследований можно рассматривать как важный, недостаточно используемый резерв повышения урожайности всех сельскохозяйственных культур.
В соответствии с годовым режимом солнечной радиации устанавливаются определенные температурные условия. Однако температура воздуха в значительной мере связана с циркуляцией атмосферы или преобладающим переносом воздушных масс. Так годовая амплитуда экстремальных температур воздуха составляет 79 градусов.
В отдельные дни летом температура может повышаться до 39-45 С, а в холодные суровые зимы опускаться до -35 -41 градуса. По средним величинам температур характеристика сводится к следующему : зима холодная (-8,1 С),весна прохладная (7,6 С),лето жаркое (23,0 С) и осень теплая (8,2 С). Самым холодным месяцем является январь(-9,6 С), а наиболее жаркий — июль (24,2 С).
Лето устанавливается в те дни, когда среднесуточная температура достигает 15 градусов и полностью прекращаются заморозки.
За начало осени принимают период, когда среднесуточная температура воздуха понижается до 10 градусов и прекращается активная вегетация сельскохозяйственных культур. Это время приходится на конец первой декады октября. Продолжительность безморозного периода по среднемноголетним данным равна 169 дней.
За период вегетации на территории области накапливается высокая сумма активных температур, 2700-3300С. Продолжительность дня в летние месяцы составляет 15-17 часов.
За начало зимы принимают дату устойчивого перехода среднесуточной температуры к отрицательным значениям и установления снежного покрова. По среднемноголетним условиям температура становится отрицательной 15 ноября, а устойчивый снежный покров формируется к 14 декабря. Продолжительность периода со снегом составляет 96 дней, а высота снежного покрова равна 10 см. глубина промерзания почвы - 60 см.
Осадки являются важной характеристикой климата. Среднегодовое количество осадков составляет 310мм,в том числе в летний период выпадает 185 мм. Вместе с тем ресурсы тепла обеспечивают испарение с открытой водной поверхности в течение года 800-850мм влаги.
Для осадков в летний период типичен ливневый характер, которые оказывают малое влияние на увеличение почвенных запасов влаги, т.е. большая часть не успевает поглощаться поверхностью почвы, стекает с полей. Иногда за сутки может выпадать до 20-25 % среднегодового количества осадков , в то время как в отдельные месяцы осадков не бывает вообще. Наименьшее количество осадков по среднемноголетним данным выпадает весной (18,3 %) и зимой (23,8 %), а наибольшее приходится на лето (30,9 %) и осенью (27,0 %).
В качестве показателя влагообеспеченности территории в настоящее время применяется гидротермический коэффициент (ГТК), который показывает степень недостаточности или избытка влаги относительно имеющихся тепловых ресурсов и представляет собой отношение суммы
осадков за период со среднесуточной температурой выше 10 градусов к сумме температур за тот же период, уменьшенный в 10 раз, т.е.:
ГТК=10р/і,где
р - сумма осадков за период с температурой выше 10 градусов.
t - сумма положительных температур за тот же период.
При значении ГТК =0,5 и ниже климат сухой, при ГТК = 0,6-1,0 засушливый и при ГТК =1,1-1,5 влажный. Для Волгоградского Заволжья значение ГТК исчисляется на уровне 0,4-0,5.
2.4. Погодные условия в годы проведения исследований.
Погодные условия в годы проведения исследований (2002-2004) отличались между собой, а также в сравнении со средними многолетними данными по количеству осадков, относительной влажности воздуха, температуре и другим элементам. В период проведения исследований с 2002 по 2004 гг. за вегетацию выпадало от 86,7мм в 2002 году, что составило всего 53% от среднемноголетних данных, до 161,2мм в 2003 году , что соответствует среднемноголетнему уровню выпадения осадков за данный период, в условиях 2004 года за время вегетации выпало 150,4 мм ,что составляет 93 % от среднемноголетнего уровня выпадения осадков в зоне проведения исследований.
Анализ выпадения осадков по месяцам в годы проведения исследований (рис. 2.1) свидетельствует о большой неравномерности и изменчивости естественного увлажнения. По обеспеченности осадками 2002 год относится к сухим с выпадением 86,7мм осадков, а 2003 и 2004 года относятся к средне-сухим с выпадением осадков в теплый период года в количестве 150-161 мм.
Распределение осадков по периодам носило несколько иной характер по сравнению со среднемноголетними. Так, в 2002 году 22 % осадков выпало в
теплый период года, а в 2003,2004 годах этот показатель составил 41% и 37 % соответственно. Следует отметить что четвертая часть годовой суммы осадков в 2002 году пришлось на октябрь месяц и составило 109 мм, при этом за три летних месяца выпало всего 11,9 мм . В 2003 и 2004 годах осадки в теплый период распределились более равномерно , причем большее их количество приходилось на июнь месяц - 47,7 и 40,5 мм соответственно. Тем не менее ,больше всего осадков за два последних года исследований также приходилось на октябрь месяц (приложение 3 ). Во время проведения наших исследований температурный режим сильно различался по годам. Так низкие температуры в зимний период 2003 года резко ухудшили условия перезимовки озимых культур, вызвав большие выпады, и даже их гибель на некоторых полях. Однако обильные осадки наряду с умеренными температурами сказались более благоприятным образом на росте и развитии яровых культур (рис. 2.2). Ранее наступление весны и стремительное нарастание температур в 2002 году вызвало быстрое таяние снега, что не позволило в полной мере использовать запасы влаги и снега. 2004 год характеризуется теплой зимой и относительно прохладным летом (приложение 4).
Среднегодовые показатели относительной влажности воздуха за период проведения опытов практически не отличаются от среднемноголетних показателей по Волгоградской области. Самая высокая влажность воздуха отмечается в зимние месяцы с резким снижением в летний период. С июня по август суточная амплитуда ее может колебаться от 49 до 42 % и ниже. В условиях 2002 года минимальная относительная влажность воздуха опускалась до 10-15 %. Самая высокая относительная влажность воздуха за период проведения исследований отмечалась в 2003 году (приложение 5).
Ъ6рь ~с
^ 1 1 1 1 $Пр{
с/,
}Рь
*щ
'А,
Ъе.
'<*/fc
**»*
Ср. за годы исследований Среднее многолетнее
Рис. 2.1 Количество осадков за период исследований и распределение их по месяцам.
#
(0
5 ф
і-
а ф
--февраль март апрель
*"
::..:«.... . .;,- ; , -.г--
июнь июль август сентябрь октябрь ноябрьЧ декабрь
.. —^-—^ . ^^.^^JL^^J
2002 --2003 -—2004
Рис.2.2 Среднесуточная температура воздуха по годам исследований.
3. ЗАДАЧИ, СХЕМА ОПЫТОВ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ.
3.1 Задачи исследований и схема опытов.
В современных условиях сельскохозяйственное производство становится все более сложным и для рационального использования природных ресурсов нужны всесторонние и глубокие знания наиболее прогрессивных приемов возделывания сельскохозяйственных культур.
Разработка систем основной обработки почвы в короткоротационных севооборотах должна включать изучение комплекса мер по повышению плодородия почвы, урожайности сельскохозяйственных культур и охране окружающей среды.
В задачи исследований входило решение следующих вопросов:
Качественная и количественная оценка агротехнической роли способов основной обработки почвы, способствующих более рациональному использованию почвенно-климатических ресурсов и средств интенсификации земледелия, обеспечивающих улучшение показателей плодородия почв и роста продуктивности при значительном уменьшении энергетических затрат.
Изучение изменения агрофизических свойств пахотного слоя, влагообеспеченности культур и динамики засоренности посевов под воздействием различных систем основной обработки почвы в короткоротационом севообороте.
Определение агротехнической, экономической и биоэнергетической оценки изучаемых систем основной обработки почвы.
Для решения поставленных в диссертационной работе вопросов был заложен стационарный многофакторный лабораторно-полевой опыт.
Исследования проводятся в короткоротационном севообороте со следующим чередованием культур:
Пар черный
Озимая пшеница
Ячмень.
Схема опыта предусматривает следующие варианты систем основной обработки почвы под культуры короткоротационного севооборота:
Под пар проводится вспашка плугом ПН-8-40 на глубину 0,25 -0,27 м. После уборки озимой пшеницы проводится плоскорезная обработка комбинированным почвообрабатывающим агрегатом АПК-6 на глубину 0,20 - 0,22 м.
Под пар проводится плоскорезная обработка агрегатом АПК-6 на глубину 0,25 - 0,27 м. После уборки озимой пшеницы отвальная вспашка плугом ПН-8-40 на глубину 0,20 - 0,22 м.
Плоскорезная обработка под пар АПК-6 на глубину 0,25-0,27 м. Под ячмень плоскорезная обработка АПК-6 на глубину 0,20-0,22 м.
Под пар почву обрабатывали агрегатом АПК-6 с дисками на глубину 0,10-0,12м, и вместо плоскорежущих лап установленными на агрегат щелерезами с глубиной рыхления 0,25-027 м. После уборки озимой пшеницы под ячмень проводили вспашку плугом ПН-8-40 на глубину 0,20-0,22 м.
Под пар проводится обработка агрегатом АПК-6 с дисками на глубину 0,10-0,12 м и щелерезами с глубиной обработки 0,25-0,27 м. Под ячмень безотвальная обработка АПК-6 на глубину 0,20-0,22м.
Под пар проводится обработка почвы агрегатом АПК-6 с дисками на глубину 0,10-0,12 м и щелерезами на глубину 0,30-0,32 м . После уборки озимой пшеницы поле под ячмень обрабатывается плугом ПН-8-40 на глубину 0,20-0,22 м .
7. Под пар обработка АПК-6 с дискованием на глубину 0,10-0,12 м и
щелеванием на 0,30-0,32 м. Под ячмень плоскорезная обработка
АПК-6 на глубину 0,20-0,22 м.
В качестве контрольного варианта использовали следующую систему
основной обработки почвы: под пар вспашка плугом ПН-8-40 на глубину
0,25-0,27м, а под ячмень вспашка тем же плугом на глубину 0,20-0,22 м.
Технология возделывания сельскохозяйственных культур на опытном участке рекомендуемая для районов Волгоградского Заволжья. Посев озимой пшеницы и ячменя проводился кондиционными семенами районированных сортов общепринятыми нормами высева на заданную глубину сеялками СЗС-2.1.
Сложность стационарного опыта состоит, прежде всего, в правильном определении размеров делянки-поля севооборота. Размер поля должен быть таким, чтобы на нем могли работать все современные орудия и машины. Имея это в виду, ширина делянки была определена в 1212 ,длина в 50 м, площадь одной делянки 0,06 га. Вхождение в севооборот осуществляется всеми полями. Опыт закладывался в трехкратной повторности, общая площадь опыта 4,32га.
Методика проведения исследований.
Учет и наблюдения в опытах проводились согласно методическим пособиям В.А. Доспехова (1979).
Агрофизические свойства почвы изучались по методикам представленным в книге «Агрофизические методы исследования почв» (1966).
Плотность сложения почв рассчитывалась в пробах с ненарушенным сложением в пятикратной повторности по слоям 0-0,1 м, 0,1-0,2 м,0,2-0,3 м, 0,3-0,4 м с помощью режущего кольца.
Агрегатный анализ проводили методом Н.М. Бакшеева в слоях почвы 0-0,1 м, 0,1-0,2 м, 0,2-0,3 м, 0,3-0,4 м в пятикратной повторности.
Содержание водопрочных агрегатов устанавливалось по методу Савинова Н.И. в слоях почвы 0-0,1 м, 0,1-0,2 м, 0,2-0,3 м, 0,3-0,4 м в пятикратной повторности.
Влажность почвы определяли послойно через 0,1 м до глубины 1,0 м, термостатно-весовым методом на динамических площадках, повторность отбора проб трехкратная. Расчет суммарного водопотребления возделываемых в севообороте культур проводили методом водного баланса по уравнению А.Н. Костычева (1960). Поступление влаги в зону аэрации из грунтовых вод во внимание не принималось, т.к. на опытном участке они расположены вне зоны капиллярного влияния на корнеобитаемый слой.
Коэффициент водопотребления сельскохозяйственных культур рассчитывали по формуле :
К= Е / У , где
К - коэффициент водопотребления, м3 / га
Е - суммарное водопотребление, м3 / га
У - урожайность ,т / га.
Поступление корневых остатков определяли путем взятия монолитов 0,3 х 0,3 м послойно через 0,1 м до глубины 0,4 м, по два монолита с каждой повторности с последующей смывкой на сите с диаметром отверстия 1 мм ( Н.З. Станков ,1964 ).
Масса пожнивных остатков учитывалась одновременно на тех же площадках , где проводился отбор монолитов для отмывки корней.
Наблюдение за содержанием элементов минерального питания в почве
проводили в пятикратной повторности на динамических площадках.
Содержание азота определялось колориметрированием с
дисульфофеноловой кислотой, подвижного фосфора по Б.Н. Мачигину, обменного калия на пламенном фотометре.
Изменение состояния гумуса определялось по методу Тюрина.
Гумификация пожнивных корневых остатков возделываемых культур рассчитывалось с помощью переводных коэффициентов предложенных В.А. Барановской и В.И. Азовцевым(1984).
Засоренность посевов учитывалась количественно-весовым методом по всем повторностям на 1 м2 в пятикратной повторности во время уборки.
Фенологические наблюдения за фазами развития растений проводились на трех повторностях согласно рекомендациям НИИСХ Юга-Востока (1973).
Густота стояния растений определялась перед уборкой с площадки 0,25 м2 в четырехкратной повторности методом подсчета.
Учет урожая проводили методом сплошной комбайновой уборки поделяночно. Урожайные данные обрабатывались методом дисперсионного анализа на ЭВМ.
Качество продукции определяли на основании полного химического анализа растений.
Экономическая эффективность определялась по общепринятой методике.
Биоэнергетическая оценка дана по методике ВГСХА (2000 г.).
4. СИСТЕМЫ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ СВЕТЛО-КАШТАННОВЫХ ПОЧВ В КОРОТКОРОТАЦИОННОМ
СЕВООБРОТЕ.
4.1. Агрофизические показатели почвы.
Физические свойства почвы и физические процессы, протекающие в них, являются одним из важнейших факторов почвенного плодородия. Оптимизация водного, воздушного, теплового и пищевого режимов почв, зависят от ее структурного состояния.
Об агрономическом значении почвенной структуры имеются высказывания в трудах Н.А. Качинского (1963), И.Б. Ревута (1964) и др. Большое значение структуры почвы в регулировании водного и пищевого режимов придавали В.В. Докучаев (1949), П.А. Костычев (1951). От нее зависит устойчивость сложение почвы, порозность, аэрация, водопроницаемость, что в значительной мере определяет ее плодородие (Е. Klapp, 1967; Трубецкая А.П., Панфилов В.П.,1968; Ревут И.Б.,1972; Кауричев И.С. и др., 1989; Воробьев С.А., Каштанов А.Н., Лыков A.M., Макаров И.П., 1991).
С агротехнической точки зрения наиболее ценной является макроструктура с размером частиц примерно 0,25-10 мм. Особый интерес представляет водопрочная структура.
Почвенный покров
Подзона светло-каштановых почв, занимает 35,74 тыс. га, или 31,69 % от всей площади Волгоградской области. Большая часть этих почв расположена на территории Прикаспийской низменности и значительная часть в пределах Ергенинской и Донской равнины.
По механическому составу эти почвы самые разнообразные: тяжелые, средние и легкосуглинистые. Преимущественное распространение имеют тяжелосуглинистые почвы.
Светло-каштановые почвы характеризуются небольшим гумусовым горизонтом и низким содержанием гумуса (1,4-2,1 %) в пахотном слое. Для них характерна бесструктурность верхнего и уплотненность подпахотного горизонтов, что затрудняет доступ влаги и воздуха в нижележащие слои, развитие корневой системы растений. Почвы очень бедны валовым азотом, в верхних горизонтах его содержание колеблется от 0,126 до 0,163 %. Содержание гидролизуемого азота довольно высокое (4,7-16,0 мг/кг почвы). Обеспеченность фосфором средняя, обменным калием- высокая.
Емкость поглощения в пахотном слое зональных светло-каштановых почв составляет 26-30 мг/экв. на 100 гр. почвы. В составе обменных катионов 70-80 % приходится на кальций. Процент натрия от суммы поглощенных оснований колеблется от 2,5-3,2 % у несолонцеватых до 5-10 % у солонцеватых почв (Дегтярева Е.Т., Жулидова А.Н.,1970 г.)
Морфологическое исследование показало, что почвы опытного участка имеют профили, характерные для почвообразовательного процесса в зоне сухих степей.
Горизонт А (0-0,25м) - пахотный, светло-коричневый, уплотненный, тяжелосуглинистый, густо пронизан корнями. Содержание гумуса изменяется в пределах 1,80-1,89 % ,подвижные формы азота содержатся в количестве 7,45-7,63 мг/кг почвы, фосфора - 35,0-37,0 мг/кг почвы и обменного калия - 300,0-325,0 мг/кг почвы. Переход к горизонту В1 заметный.
Горизонт В1 (0,25-0,347м) - светло-коричневый с гумусообразующими затеками, глинистый, крупнокомковатый, уплотненный, корнями растений пронизан средне, переход к горизонту В2 постепенный.
Горизонт В2 (0,35-0,67м) - коричнево-бурый, равномерно-окрашенный, тяжелосуглинистый, с пятнами белоглазки, в нижней части бурно вскипает от серной кислоты. Корней мало, переход к горизонту постепенный. Горизонт С (0,68-1,15м) - светло-бурый, среднесуглинистый, плотный, корни единичные, ярко выраженная белоглазка на глубине 0,7-0,9м.
Описание почвенных разрезов позволяет отнести почвы опытного участка к светло-каштановым тяжелосуглинистым разностям.
Механический состав почвы по горизонтам крайне неоднороден. Преобладающие в почве частицы менее 0,05 мм, характеризуют ее как тяжелый суглинок. В почве преобладает фракция крупной пыли (0,05-0,01 мм), по сравнению с мелкой (0,005-0,001мм). Илистая фракция почвы (0,001-0,0005мм) постепенно увеличивается с 23,78-29,16 % в верхнем горизонте до 33,72-40,16 % на глубине 0,30-0,50м.
Одним из основных агрофизических показателей при оценке сложения почв является плотность. Численные показатели ее закономерно возрастают с глубиной по профилю, достигая в горизонте С (0,68-1,15м) 1,56-1,62 т/м3. Удельная масса или плотность твердой фазы почвы меняется в пределах 2,46-2,67 т/м3, общая скважность пахотного слоя составляет 43,0-48,4 %.
Светло-каштановые почвы имеют сравнительно невысокую влагоемкость, которая зависит от механического и химического состава, структуры и скважности почвогрунта, содержания гумуса. Наименьшая влагоемкость по профилю уменьшается от 22,5-23,6 % в пахотном слое и до 16,2 % в слое 0,8-1,0 м.
В активном слое 0,8м наименьшая влагоемкость составляет 21,77 %,в слое почвы 0-1,0м -20,6 % (приложение 1).
Грунтовые воды залегают на глубине 8-11 ми подпитывающего влияния не оказывают.
Реакция почвенного раствора слабощелочная и изменяется от 7,6 в слое 0-0,1 м до 8,3 на глубине 0,9-1,0 м. Содержание гумуса низкое и резко снижается по глубине почвенного профиля. Обеспеченность почв опытного участка минеральным азотом характеризуется как низкая, содержание подвижного фосфора - более 30 мг/кг почвы Р2О5, содержание калия высокое, около 300 мг/кг почвы КгО (приложение 2). Почва опытного участка отличается незначительным содержанием как хлоридов, так и сульфатов с тенденцией увеличения их с глубиной (таб. 2.2.1).
Методика проведения исследований
В современных условиях сельскохозяйственное производство становится все более сложным и для рационального использования природных ресурсов нужны всесторонние и глубокие знания наиболее прогрессивных приемов возделывания сельскохозяйственных культур.
Разработка систем основной обработки почвы в короткоротационных севооборотах должна включать изучение комплекса мер по повышению плодородия почвы, урожайности сельскохозяйственных культур и охране окружающей среды.
В задачи исследований входило решение следующих вопросов: Качественная и количественная оценка агротехнической роли способов основной обработки почвы, способствующих более рациональному использованию почвенно-климатических ресурсов и средств интенсификации земледелия, обеспечивающих улучшение показателей плодородия почв и роста продуктивности при значительном уменьшении энергетических затрат. Изучение изменения агрофизических свойств пахотного слоя, влагообеспеченности культур и динамики засоренности посевов под воздействием различных систем основной обработки почвы в короткоротационом севообороте. Определение агротехнической, экономической и биоэнергетической оценки изучаемых систем основной обработки почвы.
Для решения поставленных в диссертационной работе вопросов был заложен стационарный многофакторный лабораторно-полевой опыт. Исследования проводятся в короткоротационном севообороте со следующим чередованием культур: 1. Пар черный 2. Озимая пшеница 3. Ячмень.
Схема опыта предусматривает следующие варианты систем основной обработки почвы под культуры короткоротационного севооборота: 1. Под пар проводится вспашка плугом ПН-8-40 на глубину 0,25 -0,27 м. После уборки озимой пшеницы проводится плоскорезная обработка комбинированным почвообрабатывающим агрегатом АПК-6 на глубину 0,20 - 0,22 м. 2. Под пар проводится плоскорезная обработка агрегатом АПК-6 на глубину 0,25 - 0,27 м. После уборки озимой пшеницы отвальная вспашка плугом ПН-8-40 на глубину 0,20 - 0,22 м. 3. Плоскорезная обработка под пар АПК-6 на глубину 0,25-0,27 м. Под ячмень плоскорезная обработка АПК-6 на глубину 0,20-0,22 м. 4. Под пар почву обрабатывали агрегатом АПК-6 с дисками на глубину 0,10-0,12м, и вместо плоскорежущих лап установленными на агрегат щелерезами с глубиной рыхления 0,25-027 м. После уборки озимой пшеницы под ячмень проводили вспашку плугом ПН-8-40 на глубину 0,20-0,22 м. 5. Под пар проводится обработка агрегатом АПК-6 с дисками на глубину 0,10-0,12 м и щелерезами с глубиной обработки 0,25-0,27 м. Под ячмень безотвальная обработка АПК-6 на глубину 0,20-0,22м. 6. Под пар проводится обработка почвы агрегатом АПК-6 с дисками на глубину 0,10-0,12 м и щелерезами на глубину 0,30-0,32 м . После уборки озимой пшеницы поле под ячмень обрабатывается плугом ПН-8-40 на глубину 0,20-0,22 м .
Агрегатный анализ проводили методом Н.М. Бакшеева в слоях почвы 0-0,1 м, 0,1-0,2 м, 0,2-0,3 м, 0,3-0,4 м в пятикратной повторности.
Содержание водопрочных агрегатов устанавливалось по методу Савинова Н.И. в слоях почвы 0-0,1 м, 0,1-0,2 м, 0,2-0,3 м, 0,3-0,4 м в пятикратной повторности.
Влажность почвы определяли послойно через 0,1 м до глубины 1,0 м, термостатно-весовым методом на динамических площадках, повторность отбора проб трехкратная. Расчет суммарного водопотребления возделываемых в севообороте культур проводили методом водного баланса по уравнению А.Н. Костычева (1960). Поступление влаги в зону аэрации из грунтовых вод во внимание не принималось, т.к. на опытном участке они расположены вне зоны капиллярного влияния на корнеобитаемый слой.
Коэффициент водопотребления сельскохозяйственных культур рассчитывали по формуле : К= Е / У , где К - коэффициент водопотребления, м3 / га Е - суммарное водопотребление, м3 / га У - урожайность ,т / га.
Поступление корневых остатков определяли путем взятия монолитов 0,3 х 0,3 м послойно через 0,1 м до глубины 0,4 м, по два монолита с каждой повторности с последующей смывкой на сите с диаметром отверстия 1 мм ( Н.З. Станков ,1964 ).
Масса пожнивных остатков учитывалась одновременно на тех же площадках , где проводился отбор монолитов для отмывки корней. Наблюдение за содержанием элементов минерального питания в почве проводили в пятикратной повторности на динамических площадках. Содержание азота определялось колориметрированием с дисульфофеноловой кислотой, подвижного фосфора по Б.Н. Мачигину, обменного калия на пламенном фотометре.
Гумус почвы. Поступление пожнивно - корневых остатков возделываемых культур, их гумификация
В условиях современного земледелия большое значение приобрела проблема органического вещества в почве, 80 - 90% которого составляет гумус. Это основной показатель потенциального плодородия почвы и главный источник ее эффективного плодородия. Органическое вещество является посредником между растениями и минеральной частью почвы, участвуя в разрушении последней и образуя органо-минеральные комплексы, в которых делаются доступными для растений некоторые элементы зольной пищи. Важнейшая роль органического вещества почвы в ее плодородии определяется также присутствием в его составе физиологически активных веществ, способных стимулировать или, напротив, ингибировать развитие растений. Богатые гумусом почвы отличаются повышенным фунгистазом, то есть способностью задерживать развитие грибов, в том числе и фитопатогенных.
Под влиянием перегноя увеличивается влагоемкость, поглотительная и буферная способность почвы, изменяются ее тепловые характеристики (М.М.Кононова, 1969; В.В.Егоров, 1978; Н.П.Панов, 1982).
Особое значение проблема органического вещества приобрела в условиях современного земледелия. В настоящее время оно рассматривается уже не только как источник, а, прежде всего как средство поддержания хороших физических, колоидно-химических и биологических свойств почвы. Под влиянием органического вещества в благоприятную сторону изменяются так называемые трансформационные свойства почвы: твердость, плотность, удельное сопротивление, биогенность и др., которые непосредственно обеспечивают способность эффективно окупать высокие затраты на минеральные удобрения, пестициды, мелиоративные мероприятия. Гумусированные почвы лучше противостоят неблагоприятным погодным условиям, на них меньше колеблемость урожаев по годам (Д.С.Орлов, 1981;В.М, Жидков, 1989).
Отличительная особенность гумуса - сравнительная устойчивость к разложению, что позволяет ему длительное время сохраняться и накапливаться в почве. Но в то же время содержание гумуса динамично и определяется в основном процессами поступления в почву свежих растительных остатков, их гумификацией и последующей минерализацией образовавшихся гумусовых веществ. Процессы распада гумуса и его новообразования прямо противоположны и зависят от природных и антропогенных факторов.
Так, по данным М.М.Кононовой (1969) наибольшие потери органического вещества происходят в неорошаемом земледелии по мере роста засушливости климата от дерново-подзолистых почв к зоне черноземных и каштановых степей.
По сводке В.В.Лаврентьевой (1966) потери гумуса на черноземах Европейской части СССР за срок от 18 до 67 лет составили 10 - 25%, а за 70 лет, прошедших со времени экспедиции В.В.Докучаева, по данным В.Д.
Панникова (1974), количество перегноя уменьшилось здесь на 15 - 25%, местами - на треть и больше. В пахотных почвах Ставрополя за 150 - 200 лет содержание гумуса снизилось в среднем на 21% (Ю.В.Копейкин, Н.С.Пищугина, М.Т. Куприченков, 1973). Распаханные черноземы Предкавказья также потеряли примерно пятую часть своих первоначальных запасов гумуса в метровом слое (Б.Х.Фиапшев, С.Х.Шхацев,1979).
А.Ф. Вадюнина (1970) сообщает, что за 20 лет культуры растений количество гумуса в светло-каштановых почвах Юга- Востока СССР уменьшалось в слое 0 - 25 см на 30 т/га или примерно на 20% от общих запасов гумуса метрового слоя, которые по определениям А.Ф. Вадюниной (1970) и А.М.Гаврилова (1975) составляют около 150 т/га.
Э.Э. Браун и С.Г. Чекалин (2005) ссылаясь на данные М.М. Фартушенной указывают, что содержание гумуса в пахотном слое почв за период с 1976 по 1997 гг. снизилась на южных черноземах с 6,2 до 4,1 % на лугово-черноземных - с 5,8 до 3,1, на темно-каштановой карбонатной — с 3,8 до 1,87, на темно-каштановой песчаной с 2,8 до 0,56 % и т.д.
В настоящее время большинство ученых считает, что без внесения достаточного количества органических удобрений происходит истощение почвы гумусом (В.А.Ковда, 1983, С.Б, Кененбаев, B.C. Кучеров, 1994; В.Г.Лошаков, Франк Элмер и др., 1998).
В отношении светло-каштановых почв, которые вследствие низкой окультуренности бедны гумусом, проблема органического вещества стоит особенно остро. В связи с этим большое значение в образовании гумуса имеют пожнивно-корневые остатки возделываемых в севообороах культур, а также запашка соломы зерновых (А.И. Болдырев, И.И. Андрусенко, Е.П.Сафонова, 1978; Ф.Я. Багаутдинов, Ф.Х. Хазинов, А.Х. Мукатанов, В. А. Сосновский, 1986).
Экономическая эффективность основной обработки почвы в короткоротационном севообороте
В состав зерна пшеницы входят вода, органические и зольные вещества. По литературным данным, в зерне озимой пшеницы содержится в среднем: воды-13,6 %, белка- 16 %, безазотистых экстрактивных веществ- 63,8 %, жиров- 2,2 %, клетчатки- 2,4 % и золы 2,0 % (Ф.М. Пруцков, 1976).
В зерне ячменя более высокое содержание клетчатки- 6 % и низкое количество белка- 12 % (В.В. Щеглов, Л.Г. Боярский, 1990).
Важнейшая составная часть зерна - азотистые вещества, состоящие главным образом их белков. От количества и качества их, зависит питательная ценность пшеницы. Белки служат основным материалом при построении тканей организма человека и животных (Ю.К. Новоселов, 1990).
Пищевая ценность озимой пшеницы зависит не только от содержания в ней белка, но и от количества и качества клейковины.
Определение содержания основных питательных веществ в зерне проводили во все годы исследований (табл. 4.7.1 и 4.7.2.).
Согласно исследованиям количество белка и клейковины, а также ее качество зависят от системы основной обработки почвы. Так содержание клейковины в озимой пшенице было самым высоким при использовании в системе основной обработки под пар агрегата АПК-6, оборудованного дисками и щелерезами, а под ячмень - ПН-8-40 и составило в среднем за годы исследований 25,8-26,2 %, причем увеличение глубины обработки щелерезами с 0,25-0,27 м до 0,30-0,32 м способствует некоторому снижению данного показателя. При замене в системе основной обработки отвальной вспашки на плоскорезную обработку ведет к ухудшению качества зерна озимой пшеницы. Наименьшие показатели содержания клейковины и белка были получены при плоскорезной системе основной обработки и составили в среднем за ротацию 24,1 % и 13,3 % соответственно, что на 2,2 % и 0,6 % меньше, чем в контрольном варианте с отвальной системой обработки почвы. Зерно озимой пшеницы с невысоким содержанием клейковины и протеина формируется при возделывании ее с использованием отвально-плоскорезной системы основной обработки. Содержание клейковины здесь равнялось 24,6-24,9 %, что несколько меньше, чем в контрольном варианте - 25,3 %.
Ячмень является лучшим кормом для всех видов сельскохозяйственных животных. Он способствует получению свинины, коровьего молока, масла и других продуктов животноводства высокого качества.
Ценность кормовых растений зависит главным образом от содержания в них протеина, жира, минеральных веществ и клетчатки.
Знание и оценка свойств имеет большое практическое значение, потому что кормовая ценность сильно варьирует в зависимости от почвенно-климатических условий, активного агротехнического воздействия.
Ведущее место в питании животных занимает протеин, так как служит практическим материалом, из которого строятся ткани и органы животных. Недостаток протеина в питании животных в течении продолжительного периода приводит к резкому снижению их продуктивности и воспроизводства (Ю.К. Новоселов, 1990).
Качественный анализ зерна ячменя показал (приложение 30, таблица 4.7.2.), что количество протеина изменяется в зависимости от системы основной обработки почвы в севообороте и было наибольшим в среднем за годы исследований в варианте с щелеванием и отвальной вспашкой - 12,01 %, наименьшим этот показатель был при плоскорезной системе основной обработки почвы - 11,73 %, что на 0,2 % меньше, чем в контрольном варианте с отвальной системой основной обработки.
Сырая клетчатка является необходимой составной частью корма, которая улучшает пищеварение животных. Клетчатка в оптимальных количествах необходима всем видам животных. Небольшое содержание клетчатки в корме, снижает его качество, ухудшая переваримость.
