Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние изученности вопроса (обзор литературы) 7
Заключение , 30
ГЛАВА 2. Методы и условия проведения исследований 31
2.1. Программа и методика проведения исследований 31
2.2. Условия проведения исследований 34
2.3. Агротехника проведения опытов 39
Результаты исследований 43
ГЛАВА 3. Влияние биологических мелиорантов на агрофизические и биологические свойства почвы, урожай и качество клубней картофеля 43
3.1. К агрофизическим свойствам почвы относят: плотность, скважность, воздухоемкость, структурно-агрегатный состав, водоирочность и влажность 43
3.2. Изменения биологической активности почвы под влиянием мелиорантов и удобрений 57
3.3. Продуктивность и качество клубней картофеля в зависимости от внесения биологических мелиорантов и удобрений .60
Выводы 66
ГЛАВА 4. Влияние органических структуро-обр азов ate лей и минеральных удобрений на агрофизические и агрохимические показатели плодородия почвы, продуктивность и качество клубней картофеля .68
4.1. Агрофизические свойства почвы 68
4.2. Пищевой режим под картофелем 76
4.3. Урожай и качество клубней картофеля в зависимости от различных видов соломы, азотных удобрений и сидерата 87
Выводы 93
ГЛАВА 5. Влияние местных органических удобрений и природных агроруд на показатели плодородия почвы, урожай, качество и содержание тяжелых металлов в клубнях картофеля 95
Выводы 111
ГЛАВА 6. Экономическая и энергетическая эффективность возделывания картофеля 113
6.1. Экономическая эффективность 113
6.2. Энергетическая эффективность 118
Выводы 122
Общие выводы 123
Предложения производству 126
Список использованной литературы
- Условия проведения исследований
- Изменения биологической активности почвы под влиянием мелиорантов и удобрений
- Урожай и качество клубней картофеля в зависимости от различных видов соломы, азотных удобрений и сидерата
- Энергетическая эффективность
Введение к работе
Актуальность работы. Получение высокого и качественного урожая невозможно без учета основного свойства почвы-плодородия, зависящего от количества гумуса и его качественного состава.
Истощение запасов гумуса отрицательно влияет на агрофизические, агрохимические свойства и биологическую активность почвы, ухудшает ее водно-воздушный, тепловой и пищевой режимы.
Проблема управления плодородием почвы существенно усложнилась в условиях рыночной экономики. На данном этапе задачей сельскохозяйственной науки является поиск нетрадиционных резервов восполнения органического вещества почвы без специальных и трудоемких затрат. В этой связи представляет научный и практический интерес изучение влияния биологических мелиорантов, органических структурообразователей и удобрений на показатели плодородия почвы, урожай и качество одной из ведущих культур региона картофеля.
Наибольшая эффективность применения нетрадиционных удобрений достигается при их совместном использовании. Целесообразность и перспективность местных природных удобрений (ирлитов) заключается в их высокой прибавке урожая и экономической выгодности не только при отсутствии негативных экологических последствий, но и при улучшении, оздоровлении окружающей среды.
Биологические мелиоранты и местные цеолитсодержащие агроруды могут быть использованы в качестве удобрения для повышения как плодородия почв, так и урожайности сельскохозяйственных культур.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось изучение действия биомелиорантов, органических структурообразователей и удобрений на показатели плодородия почвы (агрофизические, агрохимические, биологические свойства), продуктивность и качество клубней картофеля.
Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
-5-выявить влияние запашки соломы, азотного удобрения, пожнивной сидерации, навозной жижи, ирлитов (1 и 7) на агрофизические свойства почвы;
- определить динамику влажности почвы;
- изучить динамику агрохимических показателей почвы (содержание NH4, N03, PA, К20);
- установить влияние запашки биомелиорантов (соломы, сидератов и их сочетания) на интенсивность разложения целлюлозы;
- установить зависимость качественных показателей клубней картофеля от внесения биологических мелиорантов;
- изучить влияние органических, минеральных удобрений и природных аг-роруд на урожай и качество клубней картофеля;
- определить содержание тяжелых металлов (Си, Zn, Cd, Pb) в клубнях картофеля;
- дать экономическую и энергетическую оценку выращивания картофеля.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые в условиях РСО-Алания изучены и разработаны научно-обоснованные элементы повышение плодородия выщелоченного чернозема при возделывании картофеля с использованием соломы, азотных удобрений, пожнивной сидерации, навозной жижи и ирлитов. Исследования являются составной частью тематического плана научно-исследовательских работ Северо-Кавказского научно-исследовательского института горного и предгорного сельского хозяйства, номер Государственной регистрации 01.09. 80003166.
Практическая значимость и реализация результатов. В результате проведенных исследований разработана технология возделывания картофеля с использованием биологических мелиорантов, органических структурообразова-телей и минеральных удобрений, обеспечивающая улучшение агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия почвы, урожая и качества клубней картофеля. Результаты исследований внедрены на полях ОПХ «Михайловское» на площади 130 га. С каждого гектара посадок картофеля дополнительно получили от 48,0 до 73,9 ц/га.
Апробация работы и публикации. Материалы исследований докладывались на заседаниях ученого совета СКНИЙГПСХ (1997-2005 гг.); Всероссийской научно-практической конференции «Горные и склоновые земли России: Пути предотвращения деградации и восстановления их плодородия» (Владикавказ, 1998); III Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий» (Владикавказ, 1998); региональной конференции ученых «Биолого-экологические особенности ландшафтного земледелия в горах и предгорьях Северного Кавказа» (Владикавказ, 2000); 76-ой научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов агрономического факультета Горского Г АУ (Владикавказ, 2001); 4-ой Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов» (Владикавказ, 2001); 1-ой Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, 2004); 2-ой международной дистанционной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки» (Владикавказ, 2005); региональной научной конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия Северного Кавказа» (Владикавказ, 2006).
По материалам исследований опубликовано 18 печатных работ, в том числе 2 патента на изобретения.
Место и годы проведения опытов. Диссертационная работа выполнялась в течение 9 лет (1997-2005 гг.) в отделе земледелия СКНИЙГПСХ. Полевые опыты проводились на полях ОПХ «Михайловское», расположенного в лесостепной зоне РСО-Алания.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 155 страницах компьютерного текста, состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, списка использованной литературы, включающего 356 наименований из них 35 иностранных авторов. Работа содержит 30 таблиц, 12 рисунков, 29 приложений.
Условия проведения исследований
Почва опытного участка - выщелоченный чернозем, тяжелосуглинистого механического состава с залеганием галечника на глубине 30-50 см (Панков A.M., 1928, БясовК.Х., 1974).
Агротехнические показатели пахотного слоя почвы следующие : содержание гумуса-5-6 %, общего азота-0,40%, общего фосфора-0,20- 0,30 % , калия-1,62-1,90%.
Кроме того, почвы богаты медью, хорошо обеспечены марганцем, сред-не-бором и кобальтом, бедны молибденом, в них содержится железо, свинец, хром, никель и ванадий. Реакция почвенного раствора (рН солевой вытяжки 5,48 - 6,92) колеблется от слабокислой до близкой к нейтральной (Джанаев Г.Г., Ї970, Дзанагов СХ, 1999, Бясов К.Х., 2001, Сокаев К.Е., 2001).
Выщелоченные черноземы на галечнике по механическому составу относятся к тяжелосуглинистым, с глубиной переходят в легко- и среднесуглини-сто-каменистые. Характерным для них является содержание большого количества крупного песка в верхних горизонтах (11,1%), с увеличением его содержания с глубиной (до 25,9%). Содержание же крупной пыли увеличивается соответственно от 20,3% до 28,3% (табл. 2.2,1). Такое распределение механических фракций в профиле почв согласуется с увеличением каменистой части почвы с глубиной (Дзанагов СХ. и др., 1999).
В составе механических фракций основное место занимают ил и пыль. При этом, с глубиной по профилю почвы содержание илистой фракций уменьшается от 25,3% в пахотном горизонте до 13,4% - в переходном (ВС). Аналогичная закономерность обнаруживается по содержанию мелкой пыли.
Для наиболее полной характеристики почвы необходимо знать ее агро-гидрологические свойства, включающие показатели максимальной гигроскопичности, влажности завядания, наименьшей полевой и полной влагоемкости (табл. 2.2.2).
Данные таблицы 2.2.2 свидетельствуют, что рассматривание почвы характеризуются высокой удельной массой и невысокой обменной.
Выщелоченные черноземы богаты валовыми запасами азота, фосфора и калия. Однако, более важным для характеристики плодородия почвы является содержание элементов в доступной растениям форме (табл. 2.2.3).
По данным Г.Г. Джанаева (1970), эти почвы выше среднего обеспечены гидролизуемым азотом и обменным калием, а также богаты доступным фосфором. А 20-30 5,88 0,23 103 0,17 101 1,60 97 В 30-40 5,73 0,18 57 0,12 138 1,62 81 В 40-50 4,41 0,17 34 0,12 237 1,73 96 ВС 60-70 2,99 0,12 21 0,13 6 1,52 83
Таким образом, выщелоченные черноземы характеризуются достаточным природным плодородием и благоприятны для возделывания большинства сельскохозяйственных культур, в том числе и картофеля.
Одним из основных факторов влияющих на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур являются агрометеорологические условия. Несмотря на то, что район исследований относится к зоне достаточного увлажнения, атмосферные осадки являются очень неустойчивым метеоэлементом, изменчивым во времени и территории, В отдельные периоды вегетации наблюдались засушливые явления или условия переувлажнения. Анализ режима осадков и воздуха позволял оценить погодные условия конкретного года и делать выводы о степени их аномальности или типичности, способствовал правильной интерпретации результатов полевого опыта.
Изменения биологической активности почвы под влиянием мелиорантов и удобрений
При создании условий для повышения продуктивности и качества клубней картофеля необходимо обращать внимание не только на улучшение физических и химических свойств почвы, но и на состояние микрофлоры.
От активности и направленности биологических процессов, протекающих в почве, зависит скорость трансформации различных соединений, накопление элементов питания, и в конечном итоге, плодородие почвы (Фарниев А.Т., 1973, Комарцева Л.Г., Тарасова Л.С., 1982 , Базилинская М.В., 1989, Русакова И.В., 2003).
Одним из важных показателей биологической активности почвы является интенсивность разложения целлюлозы (Востров И.С.,Петрова А.Н., 1.961, Сэги К, 1983,ТепперЕ.З.,ШильниковаВ.К.,ПереверзеваГ.Н., 1987).
Чем интенсивнее разлагается целлюлоза, тем быстрее осуществляется биологический круговорот элементов, и тем полнее культурные растения обеспечиваются питательными веществами (Ерофеев Н.С., 1964, Джанаев Г.Т., Фарниев А.Т., 1972,1980,ВозняковскаяЮ.М., 1988, 1999).
На активизацию разложения целлюлозы влияют температура, увлажнение, аэрация почвы, биологические свойства растительности, агротехника и внесенное в почву органическое вещество (Мишустин Е.Н.,1956, Магомедов К.К., 1971 г., Берестецкий О.А., 1984 г., Лошаков В.Г., Емцев В.Т., Ницэ Л.К., Иванова С.Ф., Рогова Т.А., Асхабов Р.Ю., 1986).
Обладая высокой биологической активностью, микроорганизмы, размножающиеся в почве за счет органического вещества мертвых растительных остатков, в значительной степени определяют почвенно-микробиологические условия роста растений. Их деятельностью обусловлено протекание в почве агрономически ценных процессов, таких, как трансформация гумусовых веществ, накопление элементов минерального питания, и прежде всего аммиака (Покровский Н.П., 1979, Коржов СИ., 2001 , Попов А.В., Аврова Н.П.,2001)
Литературные данные, показывают, что внесение в почву соломы вызывает интенсивное разложение целлюлозоразлагающей микрофлоры, свободножи-вущих и симбиотических азотфиксаторов, аммонификаторов и повышает общую биологическую активность почвы. Применение одной соломы и в сочетании с азотным удобрением активизирует аммонифицирующую и снижает нитрифицирующую способность ризосферы (Куприченков М. Т., Антонова Т.Н., ГОЛОВИНОЙ А.А., 2000, Нурмухаметов Н.М., 2001).
Нашими исследованиями также установлено аналогичное воздействие соломы, азотных удобрений на биологическую активность почвы . В среднем за годы исследований разложение льняного полотна при внесении соломы составило -59,8%, азотных удобрений - 55,0% (табл.3.2.1). Авторы (Fogel R.K.,Cromack Jr.,1977, Михеева ГЛ., Брикман В.И., 1988,
Коршунов А.В.,1996, Нурмухаметов Н.М., 2001, Русакова И.В., и др., 2003) утверждают, что использование сидерата (донника) на зеленое удобрение оказывало положительное влияние на развитие почвенной микрофлоры, особенно на аэробных аммонификаторов, актиномицетов и бактерий, разлагающих органо-фосфаты.
Нашими опытами подтверждается благоприятное воздействие сидерата (рапса ярового) на общую биологическую активность почвы - разложение целлюлозы на этом варианте составило 62,5%, или наЮ % выше, чем на контроле.
Совместное внесение трудноразлагаемых компонентов соломы с легко-гидролнзуемыми соединениями зеленых удобрений способствовало более быстрому освоению этих органических веществ почвенными микроорганизмами и повышало скорость их минерализации. Разложение льняного полотна происходило быстрее, чем на контроле и составило 61,9% (приложение 8 ).
Однако, наиболее оптимальные условия для развития и существования микроорганизмов отмечены на варианте с комплексным использованием соломы, азотных удобрений и сидератов. Льняное полотно разложилось здесь на 87,8 % в 1997 году, на 67,0 %-в 1998 году, на 67,8 %- в 1999 году, что в среднем на 21,5 % больше, чем на контроле.
Таким образом, при совместном применении соломы, азотных удобрений и пожнивного сидерата, которые служат доступным энергетическим материалом для почвенной микрофлоры, сложился стабильно более высокий уровень биологической активности ПОЧВЫ.
Урожайность - важнейший показатель эффективности любой системы земледелия или отдельных его элементов. Она зависит от многих факторов: климата, почвы, технологии возделывания и других. Одним из таких факторов являются биологические мелиоранты (солома, сидераты).
Существуют различные мнения о влиянии соломы или значительного количества соломистых пожнивных остатков, заделанных в почву на ее плодородие. Д.Н. Прянишников (1962) допускал полезность запахивания соломы в качестве удобрения, особенно на богатых черноземах, однако, указывал и на возможность отрицательного действия ее на первой культуре вследствие убыли нитратов.
Применение соломы под пропашные культуры, в том числе и под картофель, о чем свидетельствуют результаты многочисленных опытов, проведенных в различных почвенно-климатических зонах, в том числе и на черноземах, дает устойчивый положительный результат (Алиева Е.И.,1964, Стайнифорт А.Р.,1983, Востров И.С., 1983, Бутов А.В., 2000, Гусев Г.С., Ручкин А.С., 2002).
Эффективность чистой соломы изучал также Новиков М.Н.(1981), который установил, что на тяжелых бедных углеродом почвах солома может применяться без минеральных удобрений. К тому же достоверный прирост урожая получен не только по прямому действию соломы, но и последействию. Как показали исследования, положительное влияние соломы на урожай обусловлено улучшением водно-физических свойств почвы, созданием более благоприятных условий углеродного, азотного и фосфорного питания растений, увеличением ее биологической активности.
Аналогичные положительные результаты получены на каштановых почвах Прикумской опытно - селекционной станции Буденовского района Ставропольского края. Достоверные прибавки урожая сельскохозяйственных культур от внесения соломы при этом составляло 10-20 % (Куприченков М.Т.,Антонова Т.Н., Головинов А.А., 2000).
Урожай и качество клубней картофеля в зависимости от различных видов соломы, азотных удобрений и сидерата
Величина урожая, прежде всего, определяется генетическими особенностями растений, но внешние факторы - свойства почвы,..агротехника, метеорологические условия - могут увеличивать или уменьшить урожайность и зачастую именно они становятся решающими.
Одним из важнейших факторов, при помощи которого можно существенно воздействовать на формирование урожая, является применение комплекса органических и минеральных удобрений. Картофель предъявляет повышенные требования к плодородию почвы и очень отзывчив на удобрения.
По данным наших исследований различные виды соломы и пожнивная сидерация на фоне азотных удобрений существенно повышали продуктивность картофеля.
Как видно из показателя таблицы 4.3.1., наиболее благоприятным для картофеля был 2000 год. Прибавки урожая по вариантам опыта составили 56-65 ц/га. Максимальный потенциал урожайности клубней картофеля проявился на варианте с запашкой соломы озимой ржи - 188 ц/га в 2000 и 190 ц/га в - 2001 году. Это объясняется тем, что средний состав соломы озимой ржи содержит больше фосфора и калия (приложение 10). А последний играет немаловажную роль в формировании урожая картофеля.
Положительное действие заделки соломы на продуктивность клубней картофеля усиливалось при измельчении соломы до 5-Ю см. Измельченная солома обеспечивала равномерное распределение, лучшее смешивание с почвой и быстрое разложение органического вещества. Резка соломы более влагоемка по сравнению с цельной, более гигроскопична. Подобная резка соломы не препятствовала и дальнейшей обработке почвы.
При измельчении соломы создавались условия более благоприятные для роста и развития картофеля, чем при использовании цельной. Поэтому повышалась урожайность клубней картофеля. Так, в 2000 году она составила 187 ц/га на варианте с измельченной соломой и 179 ц/га без резки соломы. Та же тенденция наблюдалась в 2001 году: 178 н/га на варианте с измельченной соломой и 171 ц/га на варианте с цельной соломой. В среднем агроприем с измельчением соломы повысил урожай картофеля на 8 ц/га.
Следовательно, различные виды соломы, особенно в измельченном состоянии совместно с азотными удобрениями и пожнивными сидератами повышали продуктивность клубней картофеля на 33 - 49%.
Проблема увеличения урожайности картофеля должна решаться в неразрывной связи с улучшением качества клубней, так как в условиях рыночной экономики картофель с качественными показателями более конкурентноспосо-бен.
Всесторонне изучение процессов клубнеобразования с целью максимального сокращения возможных биологических потерь сухого вещества при неблагоприятных погодных условиях в период формирования и созревания имел важное значение, так как позволял уточнить приемы, обеспечивавшие получение качественного и экологически чистого картофеля.
Органические и минеральные удобрения являлись эффективными средствами улучшения качества урожая, определяющими питательную ценность клубней картофеля и продуктов его переработки. При оценке качества клубней картофеля большое значение имели биохимические показатели - содержание сухого вещества, крахмала, белка, витамина С.
На основании полученных нами данных можно отметить, что удобрения не проявили четкой корреляции по содержанию сухого вещества между вариантами, но можно вывести некоторые закономерности. На вариантах с биологическими мелиорантами и азотным удобрением накопление сухого вещества было больше, чем на контроле (таблица 4.3.2).
Содержание белка в клубнях картофеля - одна из качественных его характеристик. Белки - высокомолекулярные азотсодержащие вещества, находящиеся в клетках тканей растительных и животных организмов в коллоидном состоянии. Молекулы белков состоят из аминокислот и имеют сложную химическую структуру. Аминокислот, входящих в состав белков, насчитывается около 20, из которых 8 считаются незаменимыми. В клубнях картофеля практически обнаружены все аминокислоты, встречающиеся в растениях, в том числе незаменимые (Бацанов Н.С., 1969).
Данные наших исследований указывают на увеличение содержания белка в клубнях картофеля от внесения в почву различных видов соломы, азотных удобрений и пожнивного сидерата.
Энергетическая эффективность
В последнее время метод энергетической оценки технологии производства сельскохозяйственной продукции получил широкое распространение (Каменский А.С., Смирнова Ю.А., Хавкина Э.Е., 1987, Булаткин Г.А., 1987, 1991, Токарев В.В., 1989, Михайличенко Б.П., Кутузова А.А. и др., 1995). Этот метод позволяет оценить потоки антропогенной энергии в агроэкосистемах, структуру затрат для выявления наиболее энергоемких процессов и провести обоснованный выбор технологий независимо от политики ценообразования. За основной критерий оценки принят коэффициент энергетической эффективности (Коринец В.В., 1985, 1988, 1990, Кивер В.Ф. и др., 1988, Володин В.М., 1988, 1999, Кива А.Д., 1990, Посыпанов Г.С., Долгодворов В.Е., 1996, Лукин СМ., Симаков Г.В., 1998). Он учитывает затраты энергии как прямой, так и косвенной, необходимой для производства продукции, а также энергию, которая содержится в конечном продукте. При этом принимается во внимание теплосодержание используемых ГСМ, энергозатраты на их производство, энергоемкость машин и оборудования, удобрений и энергосодержание сельскохозяйственной продукции (Володин В.М., Еремина Р.Ф., 1989, Жеруков Б.Х., 1996, Паршин В.А., Оконов М.М., Бакинова Т.И., 1997).
Поэтому, наряду с экономической нами была проведена и энергетическая оценка эффективности агроприемов при выращивании картофеля в лесостепной зоне РСО-Алания (табл. 6.2.3).
Для определения затрат была составлена технологическая карта для базовой технологий возделывания картофеля, которая применялась ко всем изучаемым вариантам.
Чтобы определить энергетическую эффективность по всем вариантам был сделан учет затрат на все виды работ (табл. 6.2.1).
В настоящее время наиболее эффективным способом оценки производственной деятельности в сельском хозяйстве является анализ всех технологических процессов в одной единице (джоуль) измерения (Коринец В.В., 1.991, Посыпанов Г.С, Долгодворов В.Е., 1996 и др.).
При сравнении эффективности возделывания картофеля с различными агроприемами, основное значение принадлежит количеству энергии, накопленному в урожае, и энергоемкости продукции по которым можно рассчитать энергосодержание в урожае (табл. 6.2.2).
Чистый энергетический доход определялся как разница между энергосодержанием урожая и общими затратами на возделывание культуры.
Коэффициент энергетической эффективности вычислили отношением чистого дохода к энергозатратам.
Биоэнергетический коэффициент (КПД посева) является отношением энергии, получаемой с урожаем, к энергозатратам.
Энергетическая себестоимость продукции - это затраты на единицу урожая. Данные таблицы 6.2.1 свидетельствуют о том, что затраты совокупной энергии на основные и оборотные средства, на трудовые ресурсы выше на варианте с запашкой соломы, удобрений и сидерата. Но несмотря на это чистый энергетический доход на этом варианте был наибольшим - 122,8 ГДж, в то время как на контроле этот показатель равнялся всего - 70,6 ГДж (таблица 6.2.3). Это связано с тем, что энергосодержание в урожае картофеля на варианте 6 выше остальных вариантов, т.к. продуктивность клубней картофеля с единицы площади была наивысшей.
Как показывают расчеты, самый низкий коэффициент энергетической эффективности (среди удобренных вариантов) отмечен при внесении азотных удобрений - 1,5, а на контроле он составил - 1,6.
Запашка соломы и сидерата оказались равноценными, при коэффициенте энергетической эффективности - 1,7.
Внесение азотных удобрений под сидерат способствовало повышению коэффициента энергетической эффективности до 1,9, а совместное использование соломы и сидерата до 2,1.
Однако, наивысший показатель установлен на варианте с комплексным использованием соломы, азотных удобрений и сидерата - 2,4. Такая же тенденция наблюдалась и по биоэнергетическому коэффициенту (КПД).
Наименьшие затраты на единицу урожая, т.е. энергетическая себестоимость продукции были при запашке соломы, азотных удобрений и сидерата -2,4 ГДж/т.
