Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научные и практические основы совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии Нечерноземной зоны России (обзор литературы) 12
1.1. Роль севооборота и удобрений в воспроизводстве почвенного плодородия 12
1.2. Совершенствование механической обработки почвы в адаптивно-ландшафтном земледелии 26
1.3. Теоретические и практические основы регулирования сорного компонента полевых агрофитоценозов 36
1.4. Агроэкологические особенности формирования корневых систем полевых культур 51
Глава 2. Цель, задачи, условия и методика проведения исследований 61
2.1. Цель и задачи исследований 61
2.2. Схема опытов и условия проведения исследований 62
2.3. Методика проведения исследований 83
2.4. Агроэкологическая характеристика условий проведения исследований 87
2.4.1. Особенности метеорологических условий в годы проведения исследований 87
2.4.2. Элементы агротехники возделывания полевых культур в опытах 93
Глава 3. Моделирование условий корнеобитаемой среды и формирование корневых систем, как научная и практическая основа совершенствования технологии возделывания сельскохозяйственных культур 96
3.1. Влияние объема среды корнеобитания на рост и продуктивность кукурузы, ячменя и картофеля 98
3.2. Реакция растений на изменение условий среды корнеобитания 114
3.3. Особенности формирования корневых систем кукурузы и ячменя при разных приемах обработки почвы 128
3.4. Рост и развитие корневой системы кормовой свеклы в зависимости от способов посева и приемов борьбы с сорняками 138
Глава 4. Теоретические и технологические основы совершенствования систем обработки почвы в адаптивно-ландшафтном земледелии 141
4.1. Влияние приемов обработки почвы на агрофизические показатели плодородия 141
4.1.1. Плотность 141
4.1.2. Пористость 144
4.1.3. Твердость 149
4.1.4. Водопрочность структуры 151
4.1.5. Влажность почвы и запас продуктивной влаги 155
4.1.6. Температура почвы 159
4.1.7. Анализ корреляционных связей между агрофизическими показателями 160
4.2. Действие приемов обработки почвы на агрохимические и биологические показатели плодородия 163
4.2.1. Содержание и запасы гумуса 163
4.2.2. Содержание и баланс элементов минерального питания 168
4.2.3. Кислотность и степень насыщенности основаниями 178
4.2.4. Нитрификационная способность 183
4.2.5. Активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов 187
4.2.6. Ферментативная активность 191
Глава 5. Эффективность регулирующего воздействия систем обработки почвы и гербицидов на сорный компонент агрофитоценоза 202
5.1. Засоренность посевов и видовой состав сорняков 202
5.2. Засоренность почвы семенами и органами вегетативного
размножения 209
5.3. Засоренность навоза семенами сорняков 209
5.4. Динамика прорастания семян малолетних сорняков 211
5.5. Фитотоксичность пахотного слоя почвы 214
5.6. Эколого-токсикологическая оценка применения гербицидов 221
5.7. Пораженность ячменя корневыми гнилями 222
Глава 6. Совершенствование технологических приемов возделывания кукурузы, ячменя и кормовой свеклы 224
6.1. Агротехническая оценка качества посева, полевая всхожесть и выживаемость растений при разных приемах обработки почвы 224
6.2. Динамика наступления фаз роста и развития у растений кукурузы и ячменя 226
6.3. Формирование листовой поверхности и фотосинтетическая деятельность посевов 232
6.4. Динамика накопления сухого вещества посевами ячменя и кукурузы 241
6.5. Особенности роста и развития растений кормовой свеклы при разных способах посева и приемах борьбы с сорняками 248
6.5.1. Формирование листовой поверхности 250
6.5.2. Показатели фотосинтетической деятельности 254
6.5.3. Динамика формирования урожая 259
Глава 7. Агротехническая оценка совершенствования технологических приемов возделывания зерновых и пропашных культур 271
7.1. Влияние приемов обработки почвы на урожайность и качество урожая кукурузы и ячменя 271
7.2. Урожайность и качество корнеплодов кормовой свеклы в зависимости от способов посева и приемов борьбы с сорняками 286
Глава 8. Энергетическая и экономическая эффективность совершенствования технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур 302
8.1. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания кукурузы и ячменя при разных приемах обработки почвы 302
8.2. Энергетическая и экономическая оценка возделывания кормовой свеклы при разных способах посева и приемах борьбы с сорняками 306
Глава 9. Научно-практические аспекты разработки моделей совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ладшафтном земледелии 311
Выводы 316
Предложения производству 323
Список литературы 325
Приложения 380
- Теоретические и практические основы регулирования сорного компонента полевых агрофитоценозов
- Особенности метеорологических условий в годы проведения исследований
- Особенности формирования корневых систем кукурузы и ячменя при разных приемах обработки почвы
- Формирование листовой поверхности и фотосинтетическая деятельность посевов
Введение к работе
Важнейшей задачей современного сельскохозяйственного производства является удовлетворение потребностей населения страны отечественными недорогими и одновременно качественными продуктами питания, а промышленности - сельскохозяйственным сырьем. В адаптивно-ландшафтном земледелии решение этой задачи связано с переходом на ресурсосберегающие экологически обоснованные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающие высокую продуктивность пашни, повышение почвенного плодородия, существенную экономию энергетических и трудовых ресурсов, производство конкурентоспособной продукции.
Как известно, механическая обработка является одним из наиболее энергоемких, интенсивно воздействующих на почву технологических приемов в системе земледелия. В этой связи возникает необходимость поиска более эффективных с экологической точки зрения приемов основной обработки почвы при возделывании зерновых и пропашных культур. Недостаточно изучена агроэкологическая эффективность систем минимальной обработки почвы, включающих поверхностное рыхление, чизелевание, плоскорезную обработку и безотвальную вспашку и другие приемы обработки.
Многочисленными исследованиями как в нашей стране, так и за рубежом показано, что применение ресурсосберегающих технологий обработки почв благоприятно сказывается на влагообеспеченности сельскохозяйственных культур не только в начале их роста и развития, но и в последующий период вегетации. Кроме того, они позволяют сохранять органическое вещество почвы и улучшать ее воздушный режим. Причем в этом случае повышение твердости и плотности почвы в нижней части пахотного слоя, как правило, не достигают критических пределов, которые могли бы привести к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур. Однако, несмотря на имеющиеся результаты исследований по применению ресурсосберегающих
технологий до настоящего времени не разработаны практические рекомендации с учетом адаптивно-ландшафтной методологии для различных почвенно-климатических условий. Недостаточно изучена реакция отдельных сельскохозяйственных культур на разные по интенсивности и характеру воздействия на почву приемы обработки при их многолетнем применении. В частности, мало работ касающихся влияния перспективных приемов основной обработки почвы на формирование отдельных органов растений, особенно их корневых систем, и качество конечной продукции. С этих позиций, всестороннее изучение характера изменения водного и воздушного режимов, агрофизических и агрохимических свойств почвы, продуктивности сельскохозяйственных культур при совершенствовании технологических приемов возделывания в зональном аспекте представляют несомненную научную и практическую значимость для развития современного адаптивно-ландшафтного земледелия.
Как известно, в Нечерноземной зоне и целом ряде других регионов страны кормовая свекла является одним из основных источников углеводов в рационе кормления животных. Основной причиной низкой продуктивности кормовой свеклы, как правило, является сильная засоренность посевов, особенно на ранних стадиях роста и развития культуры. Практика современного земледелия свидетельствует о необходимости использования в борьбе с сорными растениями как традиционных, так и альтернативных методов. Применение гербицидов, несомненно, относится к эффективным средствам борьбы с сорной растительностью, однако их широкомасштабное внедрение связано с определенными экологическими проблемами: токсичность для теплокровных животных и человека, полезной флоры и фауны; способность вызывать нежелательные последствия, приводящие к загрязнению окружающей среды и ухудшению экологических условий для жизни человека.
Одним из важных направлений снижения опасности химического метода борьбы с сорной растительностью и повышению его эффективности яв-
ляется совершенствование способов их внесения. Другой путь снижения последействия гербицидов - введение экологического биоценотического принципа в стратегию и тактику всех приемов по предотвращению потерь урожая от сорняков. Сущность такого принципа в отношении использования гербицидов должна заключаться в том, что их необходимо применять лишь тогда, когда они наиболее необходимы и целесообразны как в экономическом, так и в экологическом отношении.
Следует также отметить, что за последние годы произошло резкое сокращение производства и применения гербицидов, значительно повысилась их стоимость, поэтому особое значение в борьбе с сорной растительностью на посевах кормовой свеклы и других культур должно быть уделено новым альтернативным приемам.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой работ РАСХН по научно-техническим заданиям Т. 12.5 «Разработка адаптивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур» и О.сх.31 «Усовершенствовать зональные системы обработки почвы и разработать способы ее минимализации», включена в план научных исследований кафедры технологии производства продукции растениеводства Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина, и зарегистрирована при Департаменте кадровой политики и образования Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (№ 160-32-1а от 11.02.93 г.).
Целью исследований была разработка научных и практических основ совершенствования технологических приемов и технологий возделывания зерновых и пропашных культур в земледелии Центрального района Нечерноземной зоны России. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
- разработать новые методологические и методические положения моделирования условий корнеобитаемой среды и формирования корневых систем зерновых и пропашных культур;
обосновать основные принципы совершенствования систем обработки почвы в адаптивно-ландшафтном земледелии;
изучить агротехнические, экологические и ценотические особенности регулирующего воздействия элементов системы земледелия и их сочетаний на изменение количественных и качественных параметров сорного компонента агрофитоценоза;
определить влияние разных по интенсивности и характеру воздействия на почву систем обработки на рост и развитие корневых систем зерновых и пропашных культур;
изучить влияние элементов системы земледелия и их сочетаний на агрофизические, агрохимические и биологические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы;
установить особенности роста и развития зерновых и пропашных культур в зависимости от обработки почвы, способа посева и приемов борьбы с сорняками;
определить агроэкологическую эффективность снижения доз почвенных гербицидов в сочетании с подгребневым способом посева кормовой свеклы;
разработать научные и практические основы безгербицидной технологии возделывания кормовой свеклы;
разработать и научно обосновать концептуальную модель совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии;
разработать практические предложения для АПК Нечерноземной зоны по совершенствованию технологических приемов и возделывания сельскохозяйственных культур;
дать агротехническую, экономическую и энергетическую оценку эффективности совершенствования технологических приемов возделывания зерновых и пропашных культур.
В результате многолетних (1985-2002 гг.) исследований разработаны новые теоретические подходы к совершенствованию основной обработки почвы на основе моделирования условий корнеобитаемой среды и формирования корневых систем зерновых и пропашных культур с учетом динамического изменения агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы. Разработаны и научно обоснованы ресурсосберегающие приемы основной обработки почвы в плодосменном севообороте, в основе которых заложены принципы почвозащитной направленности, экологической адаптивности, минимализа-ции, ресурсосбережения, разноглубинности и рационального чередования отвальных и безотвальных приемов обработки. Получены новые экспериментальные данные о влиянии приемов основной обработки почвы на интенсивность формирования надземных и подземных органов растений, а также на продуктивность посевов зерновых и пропашных культур в полевых севооборотах. Разработаны новые технологические приемы регулирования фитоса-нитарного состояния агроценозов полевых культур, изучено влияние разных способов основной обработки почвы на показатели качества сельскохозяйственной продукции.
Впервые предложен способ определения максимального гидростатического давления, развиваемого клетками корня и надземной частью проростка в начальный период прорастания семян (Авт. св. № 1510743 от 30.09.89 г.). Разработаны новые технологические приемы возделывания кормовой свеклы без применения гербицидов, на основе подгребневого способа посева, позволяющие существенно повысить агроэкологическую и экономическую эффективность при возделывании этой культуры.
Разработанные технологические приемы основной обработки почвы с учетом биологических особенностей возделываемой культуры, характера развития корневой системы, фитосанитарного состояния посевов и способов воспроизводства плодородия, обеспечивают в условиях Нечерноземной зо-
ны при внесении расчетных доз удобрений получение стабильных урожаев зерна ячменя - 3,5-4,0 т/га и зеленой массы кукурузы - 60-65 т/га.
При возделывании кормовой свеклы выявлены экологически безопасные агротехнические способы борьбы с сорной растительностью на ее посевах в начальный, наиболее уязвимый период роста и развития этой культуры, с помощью формирования гребней над рядком семян при посеве; обоснована высота гребней, а также сроки и способы их выравнивания. Данная технология позволяет гарантированно получать урожаи корнеплодов 45-55 т/га с высокой экономической и энергетической эффективностью.
Автор выражает искреннюю признательность научному консультанту, члену-корреспонденту РАСХН А.В. Захаренко за большую помощь при подготовке диссертации, члену-корреспонденту РАСХН, профессору Н.Н. Третьякову за постоянную поддержку и помощь при выполнении настоящей работы. Автор искренне благодарен доктору сельскохозяйственных наук, профессору И.П. Фирсову, доктору сельскохозяйственных наук, профессору A.M. Соловьеву, кандидату сельскохозяйственных наук СП. Ступину, кандидату экономических наук С.Я. Полянскому и другим коллегам за большую помощь, ценные советы, замечания и пожелания при проведении исследований и подготовке диссертации.
Теоретические и практические основы регулирования сорного компонента полевых агрофитоценозов
Возделывание сельскохозяйственных культур практически всегда сопровождается произрастанием в их посевах сорных растений. Между культурными и сорными растениями в агрофитоценозах происходит постоянная конкуренция, что в значительной степени влияет на баланс элементов питания, физические свойства почвы, водно-воздушный, тепловой и световой режимы, то есть на эффективное плодородие почвы (Баздырев Г.И., 1982, 1983). Многие виды сорняков способствуют распространению болезней и вредителей сельскохозяйственных культур, затрудняют работу машин и орудий, увеличивают износ рабочих органов и повышают энергетические и трудовые затраты (Груздев Г.С., 1980, 1988).
Анализ проблемы борьбы с сорной растительностью в нашей стране с начала XX столетия до наших дней показал, что за истекший период не было достигнуто ни искоренения особо опасных сорняков, ни ограничения распространения и заметного снижения их численности в посевах, и, как следствие, вредоносность их не уменьшилась. Успехи в области борьбы с сорняками в основном связаны с прогрессом науки и техники и резким сокращением на этом фоне затрат ручного труда (Туликов A.M., 1975, 1980, 1982, 1983, 1985; Словцов Р.И., 1990). Вот почему предотвращение потерь урожая от сорных растений по-прежнему является одним из основных требований прогресса в растениеводстве.
С практической точки зрения, в земледелии особенно необходимо познание конкуренции, приводящей к угнетению культурных растений и, в конечном счете, обусловливающей вредоносность сорных растений. Под конкуренцией понимается не активная борьба одних особей с другими, а пассивное состязание их за факторы жизни: воду, свет и элементы минерального питания при совместном произрастании. Конкуренция может проявляться и в виде аллелопатического влияния, т.е. выделения сорняками различных химических веществ (фитонцидов, токсичных корневых выделений, продуктов разложения), которые оказывают угнетающее воздействие на рост и развитие полевых культур (Воеводин А.В., 1978). Вредоносность сорняков есть следствие конкурентных отношений с культурными растениями.
Под вредоносностью понимается объективное интегрированное свойство сорняков угнетать рост и развитие сельскохозяйственных культур, снижать урожай и ухудшать его качество (Воеводин А.В., 1974, 1978,1986). Вредоносность сорняков определяется не только количеством и составом сорняков, но и чувствительностью к ним культурных растений в отдельные периоды их роста и развития. Для большинства культурных растений критические периоды взаимоотношений приурочены к ранним периодам жизни (Баздырев Г.И., 1990), поэтому борьбу с сорняками необходимо проводить до критических периодов. Степень вредоносности сорняков меняется в соответствии с изменением почвенно-климатических условий, времени совместного произрастания, обилия сорняков и их биологических особенностей. Нередко их меньшее количество, но с большей биомассой, вызывает более сильное угнетение (Словцов Р.И., Сами Салех, 1988; Словцов Р.И., 1989).
Обобщенные потери урожая от сорняков в странах СНГ составляют 10,4% общего объема производства продукции растениеводства, что оценивается в 5,4 млрд. руб. ежегодно (в ценах 1990 г.). В земледелии более 30% всех затрат расходуется на борьбу с сорняками. В некоторых регионах СНГ потери от сорняков достигают еще более значительных размеров (Словцов Р.И., 1993).
Следовательно, вся многолетняя история борьбы с сорняками показывает, что уничтожения сорняков как таковых не произошло и вредоносность их заметно не уменьшилась, поэтому в снижении вредоносности сорных растений необходимо использовать закономерности формирования полевых растительных сообществ и опираться на регулирование взаимоотношений культурных и сорных растений между собой и окружающей средой, рассматривая эту проблему с позиции экологии. Вот почему снижение вредоносности сорных растений в посевах полевых культур с помощью комплексной системы мероприятий и средств необходимо рассматривать как меру, направленную не на полное уничтожение сорняков, а на оптимизацию состава агрофитоценоза. В таком агрофитоценозе культурные растения являются эдификаторами, то есть видами, которые контролируют режим отношений в растительном сообществе. Сорные растения в оптимизированном агрофито-ценозе не исключаются, а регулируются на уровне ниже экологических и экономических порогов вредоносности. Это можно достигнуть с помощью комплекса агротехнических и химических приемов.
Особое значение борьба с сорной растительностью имеет при возделывании сахарной и кормовой свеклы (Словцов Р.И., 1993), которые являются одними из самых трудоемких культур в Российской Федерации. Это во многом связано с необходимостью постоянно затрачивать много средств и сил на прополку посевов от сорняков, к наличию которых свекла очень чувствительна.
Преобладающими группами сорняков в посевах свеклы являются многолетние корнеотпрысковые (осот полевой, бодяк полевой, вьюнок полевой, сурепка обыкновенная); однолетние двудольные (виды щириц, марь белая, горчица белая, пикульник обыкновенный, сурепка обыкновенная); однолетние злаковые (просо куриное, щетинники, овсюг) (Матушкин СИ., 1983).
Р.И. Словцов (1995) на основании результатов многолетних исследований установил, что в ЦЧЗ России высокая степень засоренности посевов свеклы (186 шт./м ) определяется громадным запасом семян сорняков в поч-ве (762 млн.шт./м ) и погодными условиями в период их прорастания. По его данным допосевное внесение эптама в дозе 6 кг/га целесообразно при ожидаемом эколого-экономическом пороге вредоносности на фабричных и фу-ражных посевах свеклы - 4 шт./м , а на семенниках - 5 шт./м всходов сорняков.
Особенности метеорологических условий в годы проведения исследований
Полевые опыты проводили на экспериментальной базе Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева, в учхозе «Михайловское» Подольского района Московской области и на опытном поле Рязанского научно - исследовательского и проектно - технологического института АПК. (ОПХ «Подвязье», Рязанская область).
В годы проведения исследований метеорологические условия вегетационных периодов характеризовались сильной изменчивостью, как по увлажненности, так и температуре воздуха.
В Московской области почвенный покров, рельеф территории и другие географические условия являются типичными для Центрального района Нечерноземной зоны России. По термическому режиму территория Московской области относится к умеренно - теплой зоне. Это зона лиственных и смешанных лесов на подзолистых и серых лесных почвах. Сумма температур выше 10 градусов С составляет 1800 - 2200 градусов С, продолжительность этого периода - 125 - 140 дней. Высокий снежный покров (35 - 50 см) надежно укрывает озимые от сильных морозов. Средняя дата схода снежного покрова 1-20 апреля. По условиям увлажнения это зона достаточного увлажнения. Увлажнение в средние по осадкам годы достаточное или избыточное, средне-годовые коэффициенты увлажнения ( по Иванову) варьируют в пределах 1,0 - 1,5. Однако отмечается неравномерность выпадения осадков как в разные годы, так и в течение вегетационного периода. Распределение осадков по временам года соответственно следующее: весна - 103 и 132, лето - 227 и 230, осень - 116 и 163, зима - 79 и 112 мм. В целом вероятность засушливых и полузасушливых лет не превышает 17% (Д.И. Шашко, 1967). Климат Подольского района умеренно континентальный, с теплым летом и умеренно холодной зимой, с устойчивым снежным покровом. Среднегодовая температура воздуха составляет + 3,6 градусов С, среднесуточная температура воздуха зимой -9,5 градусов, весной - 3,2 градуса, летом + 16,8 градусов и осенью + 3,6 градусов. Средняя температура воздуха за вегетационный период (май -сентябрь) равна + 13,3 градусов С. Продолжительность безморозного периода 126-137 дней. Вегетационный период продолжается 171-177 дней с суммой температур за этот период 2250 - 2400 градусов С. Среднегодовое количество осадков составляет 525 мм. Несмотря на достаточное количество осадков в летний период, в отдельные годы в мае - июне многие культуры страдают от нехватки влаги в почве. Устойчивый снежный покров устанавливается в третьей декаде ноября, максимальная высота снежного покрова равна 30-40 см. Метеорологические условия вегетационных периодов 1985 — 1997 гг. различались по температурному режиму и количеству осадков (табл. 8 ). Практически все вегетационные периоды, кроме 1992 года, характеризовались достаточным уровнем увлажнения, хотя отдельные месяцы были засушливыми. Наибольшими отклонениями от средней многолетней величины отличались по сумме осадков май и август. Так, недостаточным уровнем увлажнения характеризовались август 1995 года, май 1986 года, май 1998 года, май и июнь 1989 года, июнь 1991 года, июнь и август 1992 года, май 1993 года. Таким образом, в условиях Московской области высока вероятность недостатка влаги для полевых культур в начале их вегетации (май - июнь). Все годы исследований, по обеспеченности вегетационного периода осадками, можно разделить по следующим группам: 1) годы с засушливыми условиями в начале вегетации - 1986г., 1988г., 1993г.; 1996г., 1998г.; 2) засуха в середине вегетации - 1985г., 1989г., 1991г., 1994г., 1995г., 1997г., 1999г.; 3) засуха в течение всего вегетационного периода - 1992г., 2001г.,2002г; 4) годы с нормальным увлажнением в течение всего вегетационного периода -1987г., 1990г., 2000г. В Рязанской области метеорологические условия в годы проведения опытов резко отличались от среднемноголетних данных как по количеству выпавших осадков за период вегетации и их распределению по месяцам, так и по среднемесячным температурам воздуха (рис. 8). Опытное поле Рязанского научно-исследовательского и проектно -технологического института АПК находится в центральной части Рязанской области и входит во второй агроклиматический район, характеризующийся следующими показателями: среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах от + 3,8 градусов С до + 4,5 градусов; среднемесячная температура самого холодного месяца января от - 11,0 до - 11,5 градусов при абсолютном минимуме - 40 градусов С. Среднемесячная температура самого теплого месяца июля от +19,5 до 20,6 градусов С при абсолютном максимуме + 30 градусов С. Среднегодовое количество осадков составляет около 500 мм, а вегетационный период для кормовой свеклы начинается с первой декады мая и заканчивается в последней декаде сентября.
Вегетационный период 1999 г. характеризовался холодной весной, повышенными температурами воздуха в летний и осенний периоды при резком недостатке атмосферный осадков (за исключением августа), что отрицательно сказалось на росте и развитии кормовой свеклы. В целом за вегетационный период 1999 г. выпало на 99,8 мм осадков меньше средних многолетних данных, а сумма активных температур превысила обычную норму на 397,3 градуса С.
Начало вегетационного периода 2000 г. было холодным и сухим. Так, в мае месяце выпало всего 4 мм осадков, что в 10 раз меньше нормы, а среднесуточная температура воздуха была на 0,8 градуса С ниже средней многолетней. Тем не менее накопленные в почве запасы влаги за осенне -зимний период позволили получить равномерные всходы свеклы в оптимальные сроки. В дальнейшем на протяжении всего летнего периода наблюдалась устойчивая теплая погода (на 3,6-5,2 градуса С выше средней многолетней), а выпадение осадков носило в основном регулярный характер, что положительно сказалось на росте и развитии растений. Умеренная температура воздуха и равномерные осадки в сентябре способствовали интенсивному росту и развитию кормовой свеклы, что в целом обеспечило наивысшую продуктивность посевов за годы исследований. Всего за вегетационный период 2000 г. выпало на 115,1 мм осадков больше средних многолетних данных, а сумма активных температур превысила обычную норму на 340,3 градуса С.
Особенности формирования корневых систем кукурузы и ячменя при разных приемах обработки почвы
Степень развития корневой системы растений в значительной мере зависит от почвенных условий. Изучение влияния способов обработки на ее формирование представляет значительный научный и практический интерес. Исследованиями ряда авторов установлено, что обработка почвы - один из наиболее действенных агроприемов регуляции условий развития корней (Станков В.Н., 1964; Суюндуков Я.Т., Сираев М.Г., Суюндуков М.Б. и др., 2001; Шевченко В.А., 2003).
Однако, взаимосвязь между условиями роста корней и продуктивностью растений не всегда прослеживается. Между тем, не вызывает сомнения, что вегетативное развитие и формирование высокой продуктивности сельскохозяйственных культур в значительной степени определяется состоянием корневой системы, ее биометрическими и физиологическими характеристиками и находится в сложной зависимости от факторов внешней среды.
В наших исследованиях изменение агрофизических и агрохимических показателей плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистои почвы под действием различных способов ее обработки влияло на накопление сухой массы и характер распределения корневой системы кукурузы и ячменя (табл. 27). В частности, поверхностная обработка почвы способствовала увеличению общей массы корней кукурузы в слое 0-40 см на 1,6 ц/га, по сравнению со вспашкой на глубину пахотного горизонта. В этой связи, представляют интерес данные по влиянию способа обработки почвы на характер распределения корневой системы. Установлено, что при мелкой основной обработке в слое 0-10 см содержится в 1,3-1,4 раза больше корней, чем при вспашке на 20 см. Поверхностная обработка почвы способствует размещению корневой массы в верхнем слое.
При мелкой обработке растения кукурузы формируют более мощную корневую систему, чем при вспашке на глубину 20 и 30 см. Это можно объяснить тем, что увеличение доли корней нередко является результатом нарушения оптимальных условий для роста и развития растений. Характерно, что у ячменя такой четкой закономерности не наблюдалось.
Характер распределения корневой системы кукурузы и ячменя по профилю почвы при чизельной обработке почвы мало отличается от поверхностной. Приемы основной обработки дерново-подзолистой среднесуглинистои почвы оказывают заметное влияние на мощность развития корневой системы кукурузы и ячменя и значительно изменяют их распределение по слоям почвы. Более мощное развитие корневой системы у кукурузы (при поверхностной обработке) приводит к некоторому превышению в нарастании сухой массы надземной части растений по сравнению с отвальной вспашкой. У ячменя аналогичной тенденции не наблюдалось. Увеличение массы корней при поверхностной обработке повлекло за собой увеличение их объема, а последнее, в свою очередь, повлияло на степень насыщенности почвы корнями. Корнеобеспеченность растений (отношение массы корней к массе надземной части, %) у кукурузы при обычной вспашке выше, чем при поверхностной обработке. У ячменя, напротив, наблюдалась тенденция увеличения корнеобеспеченности при поверхностной обработке.
Коэффициент продуктивности корневой системы характеризует соотношение наземной массы и корней. Имеющиеся в литературе данные по этому вопросу противоречивы. Одни авторы отмечают, что для формирования высокого урожая важно развитие корневой системы, другие показывают, что между мощностью надземной части растений, их корневой системой и продуктивностью сопряженность не всегда прямая. Третьи важнейшую роль в формировании урожая отводят не мощности, а активности корней (Binghat J.J., 2001).
В наших исследованиях установлено, что у растений кукурузы при мелкой обработке формируется больше корней (в слое 0-40 см), коэффициент продуктивности в этом варианте выше, чем при вспашке. У ячменя, напротив, коэффициент продуктивности корней выше при вспашке на глубину 20 и 30 см.
Можно предположить, что ячмень меньше реагирует на условия среды корнеобитания, чем кукуруза.
Следовательно, способы обработки дерново-подзолистой среднесугли-нистой почвы оказывают влияние на формирование корней кукурузы. При мелкой основной обработке на 8-10 см общая масса корней в слое почвы 0-40 см на 1,6 ц/га выше, чем при вспашке на 20 см. У ячменя такой закономерности не наблюдается. У кукурузы и ячменя при мелкой обработке в слое 0-10 см в 1,4 и 1,3 раза больше корней, чем в контрольном варианте. Степень насыщенности почвы в слое 0-40 см корнями кукурузы и ячменя при мелкой обработке выше, чем при вспашке.
Одним из важных показателей характеристики корневой системы, как органа поглощения, является развитие поглощающей поверхности корней (1111), через которую растения взаимодействуют с почвенной средой. Изменения в условиях внешней среды, как, например, изменение температуры, влажности почвы, воздушного режима, содержания в ней питательных веществ и т.д. приводят к изменению поглотительной деятельности корней.
Наиболее полное представление о влиянии на развитие корневых систем растений изменений почвенных условий, происходящих в результате проведения различных обработок почвы, дает определение общей, рабочей поглощающей поверхности корней и их поглотительной активности.
Формирование листовой поверхности и фотосинтетическая деятельность посевов
На тесную связь между величиной листовой поверхности и урожаем указывают многие исследователи (Болдырев Н.К., 1965; Ничипорович А.А., 1976, 1977;КумаковВ.А., 1980, 1982).
Изучение формирования листовой поверхности кукурузы и ячменя, проведенное нами в период вегетации культур показало, что скорость нарастания площади листьев кукурузы в начале вегетации была невысокая (табл. 92). Начиная с фазы 8-9 листьев, темпы прироста увеличились, причем нарастание листовой поверхности происходило вплоть до уборки кукурузы на зеленую массу.
У растений ячменя площадь листьев увеличивалась до фазы выхода в трубку, затем наблюдалось уменьшение в результате частичного отмирания нижних и средних листьев. После фазы молочной спелости листья быстро желтели и полностью отмирали (табл. 93).
Различные способы обработки почвы оказали значительное воздействие на формирование ассимиляционной поверхности растений кукурузы. Так, в среднем за три ротации плодосменного севооборота наибольшую листовую поверхность в расчете на 1 растение формировали посевы, где в качестве основной обработки почвы применяли чизелевание на глубину 30 см (+3,14 дм2/растение при НСР05 2,48 дм2/растение), а наименьшую (-3,41 дм2/растение по отношению к контролю) - на варианте с глубокой отвальной вспашкой на 30 см. Применение в качестве основной обработки поверхностного рыхления на глубину 8-10 см вызвало несущественное уменьшение листовой поверхности в расчете на 1 растение относительно контрольного варианта (-0,04 дм2), однако из-за высокой выживаемости растений к уборке (85,8%), посевы кукурузы на данном варианте превосходили по площади ассимиляционной поверхности контроль на 1,88 тыс. м2/га.
На посевах ячменя применение поверхностного рыхления на глубину 8-10 см привело в начале вегетации растений (фаза кущения) к существенному увеличению листовой поверхности, как в расчете на 1 растение, так и в расчете на 1 га, однако, в последующие периоды наблюдений достоверное превышение относительно контрольного варианта установлено только по показателю общей листовой поверхности в расчете на 1 га. Этот факт можно объяснить высокой выживаемостью растений ячменя к моменту уборки (76,2%) на фоне дисковой обработки, что вызвало частичное затенение растений и не позволило посевам сформировать потенциально возможную ассимиляционную поверхность в расчете на 1 растение.
Наименьшую площадь листьев как в расчете на 1 растение, так и на 1 га формировали посевы ячменя на фоне глубокой отвальной вспашки. При чизелевании отмечена положительная тенденция динамики формирования листовой поверхности относительно контроля, однако различия по данному показателю были статистически недостоверными.
К концу вегетации, вследствие отмирания листьев, происходило уменьшение ассимиляционной поверхности посевов ячменя, однако на вариантах с применением дисковой обработки из-за большей продолжительности жизнедеятельности листьев она оставалась на высоком уровне и существенно превосходила контрольный вариант.
Большое значение для формирования урожая имеет не только величина листовой поверхности, но и эффективность ее работы, то есть фотосинтетический потенциал (ФП).
Фотосинтетический потенциал представляет собой сумму ежесуточных площадей листьев за весь период вегетации и выражается в м2/дн./га. Быстрый темп формирования фотосинтетического потенциала в начальный период вегетации положительно сказывается на накоплении сухого вещества надземной части растений.
По данным многих исследователей (Ничипорович А.А., 1967, 1970; Шатилов И.С., 1978; Шевелуха B.C. и др.1978; Беденко Б.П., 1980; Кумаков В.А., 1985 и др.) между величиной фотосинтетического потенциала и урожаем растений в большинстве случаев обнаруживается самая тесная зависимость, которая нарушается при чрезмерном развитии листьев, так как при этом ухудшается режим связывания фотосинтетически активной радиации (ФАР) внутри посевов и поглощение СОг из воздушной среды, что приводит к снижению урожая.
В наших исследованиях наиболее высокие значения фотосинтетического потенциала на посевах кукурузы установлены на фоне чизелевания на глубину 30 см (табл. 94), где в среднем за три ротации плодосменного севооборота он превосходил контрольный вариант на 0,6-64,9 дм2/сутки, причем по мере роста и развития растений эта разница возрастала. Дисковая обработка на глубину 8-10 см также обеспечивает преимущество данного показателя во все периоды наблюдений, хотя разница фотосинтетического потенциала по сравнению с контролем выражалась меньшими величинами (0,6-4,8 дм2/сутки). На фоне глубокой отвальной вспашки отмечено снижение фотосинтетического потенциала относительно контроля (на 0,5-60,3 дм2/сутки). Следовательно, у растений кукурузы на вариантах как с глубокой, так и с поверхностной обработкой почвы без оборачивания пласта проявляется тенденция к увеличению не только площади листьев, но и продолжительности активной деятельности ассимиляционного аппарата в течение всего вегетационного периода.
На посевах ячменя более интенсивное формирование фотосинтетического потенциала отмечено в первую половину вегетации растений. От фазы кущения до начала выхода в трубку фотосинтетический потенциал увеличился в среднем за три ротации севооборота на контроле в 2,32 раза; при вспашке на 30 см - в 2,29; при чизелевании на 30 см - в 2,32 и при дисковой обработке на 8-Ю см - в 2,27 раза. Наиболее высокие значения ФП с начала роста и развития растений до восковой спелости зерна установлены в варианте с поверхностной обработкой дисковыми орудиями на глубину 8-10 см (табл. 95). Так, в фазе кущения фотосинтетический потенциал на посевах ячменя составил: на контроле - 8,4 дм2/сутки, при вспашке на 30 см - 7,8; при чизелевании на 30 см - 8,4 и при дисковой обработке на 8-10 см - 9,1 дм2/сутки. В период от кущения до фазы выхода растений в трубку ФП на посевах ячменя был равен соответственно: 19,5; 17,9; 19,5 и 20,7 дм2/сутки.
