Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 11
1.1. Пространственная изменчивость почвенных свойств и особенности ее учета .11
1.2. Использование почвенных карт для агрофизической оценки почвенного покрова 14
1.3. Действие агрофизических параметров плодородия почвы на формирование урожая сельскохозяйственных культур 19
1.4. Влияние удобрений и известкования на агрофизические свойства почвы 34
1.5. Роль длительных полевых опытов в мировом земледелии 39
Глава II. Место, методы и условия проведения исследований 42
2.1. Место и методика проведения исследований 42
2.2. Почвенно-климатические условия агроландшафта Длительного полевого опыта 46
2.2.1. Ландшафт и почва 47
2.2.2. Метеорологические условия в период проведения исследований 52
Глава III. Экспериментальная часть 56
3.1. Деградация физических свойств почвы бессменного чистого пара и приемы их оптимизации 56
3.2. Температурный режим холодного сезона как фактор оптимизации физических свойств дерново-подзолистой почвы 73
3.3. Временная и пространственная вариация твердости и влажности почвы на длительном опыте 91
3.4. Вариабельность урожайности полевых культур при сплошном внесении NPK 103
Глава IV. Влияние длительного применения удобрений и известкования на урожайность озимой ржи 107
Глава V. Экономическая оценка эффективности применения удобрений и извести при возделывании озимой ржи бессменно и в севообороте 120
Заключение 125
Предложение производству 128
Список использованной литературы .129
- Действие агрофизических параметров плодородия почвы на формирование урожая сельскохозяйственных культур
- Деградация физических свойств почвы бессменного чистого пара и приемы их оптимизации
- Временная и пространственная вариация твердости и влажности почвы на длительном опыте
- Экономическая оценка эффективности применения удобрений и извести при возделывании озимой ржи бессменно и в севообороте
Введение к работе
Актуальность исследований. Действие факторов интенсификации земледелия на почву невозможно полно оценить без длительного мониторинга за состоянием и трансформацией различных показателей плодородия, в том числе и агрофизических, определяющих продуктивность и экологическую устойчивость как конкретных агроландшафтов, так и агроэкосистем в целом. Почвенные свойства обладают значительной пространственной неоднородностью даже на небольших площадях. С точки зрения сельскохозяйственного производства такая изменчивость является отрицательным фактором, так как создаются разные условия для роста сельскохозяйственных культур, что требует дифференцированного подхода к технологиям их возделывания (Шеин, 2001; Гончаров, 2010; Савоськина, 2012). В настоящее время наиболее острой является проблема агрофизической деградации почвенного покрова при его высокой окультуренности. Именно длительные стационарные опыты, благодаря временному фактору, позволяют оценить направленные тенденции в изменении почвенных свойств и режимов.
В связи с экстремальным изменением климатических условий, повышенной антропогенной нагрузкой на почву, изучение анизотропии агрофизических показателей почвы является актуальной проблемой современного земледелия.
Степень разработанности темы. В настоящее время в адаптивно-ландшафтных системах земледелия применяются агрохимические и агротехнические приемы для улучшения состояния почвенного покрова, где одно из важных мест отводится оптимизации агрофизических показателей плодородия.
Комплексная оценка агрофизических свойств почвы после 60-летнего
(Доспехов, 1972; Егоров, 1972) и 85-летнего (Алферов, 2002)
функционирования стационара Длительного опыта РГАУ-МСХА имени К.А.
Тимирязева показала, что при отсутствии растительного покрова, независимо
от форм и доз применяемых удобрений, отмечается деградация физических
свойств. Многолетнее и систематическое применение минеральных
удобрений оказывает стабилизирующее влияние на агрофизические
показатели плодородия, а их сочетание с ежегодным внесением 20 т/га навоза
обеспечивает оптимизацию их параметров, как при бессменном
возделывании культур, так и в севообороте.
Учитывая пестроту почвенного покрова и особенности рельефа Длительного опыта, интерес представляет изучение вариации показателей агрофизического состояния дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и установление их взаимосвязей с уровнем плодородия и урожайностью возделываемых культур.
Цель и задачи исследования. Цель исследований - изучить изменение
агрофизических показателей плодородия дерново-подзолистой
легкосуглинистой почвы при разных уровнях антропогенной нагрузки и
установить их взаимосвязь с урожайностью озимой ржи в Центральном районе Нечерноземной зоны. Задачи исследований:
-
Оценить степень деградации агрофизических показателей плодородия почвы в бессменном чистом пару при длительном (более 100 лет) воздействии факторов интенсификации земледелия.
-
Определить влияние удобрений, известкования и способа размещения культур на изменение сопротивления пенетрации и влажности почвы.
-
Оценить водопроницаемость корнеобитаемого слоя при разном способе использования пашни.
-
Установить роль факторов окультуривания (способ размещения культур, удобрения и известкование) в изменении структурного состояния почвенного покрова и оценить их участие в разрушении и формировании водопрочных агрегатов.
-
Изучить динамику температурного режима почвы холодного периода в зависимости от степени окультуренности дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы и установить взаимосвязь с сохранностью растений озимой ржи.
-
Установить характер и тесноту взаимосвязей между анизотропией различных агрофизических свойств почвы и урожайностью озимой ржи и дать экономическую оценку эффективности ее возделывания.
Научная новизна. Впервые в современных условиях изменения климата в Длительном опыте после более чем 100-летнего применения средств интенсификации выявлены изменения показателей агрофизического состояния дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы во времени и пространстве и отмечены их взаимосвязи с уровнем антропогенного воздействия и продуктивностью озимой ржи на разных элементах агроландшафта.
Установлено, что длительное (более 100 лет) парование почвы ведет к снижению содержания органического углерода на 45% с 1,18% (1912 г.) до 0,65% (2015 г.), что сопровождается увеличением объема твердой фазы (на 15-17%), сокращением некапиллярной пористости до критических значений (менее 15%), уменьшением водопроницаемости (до 0,64 мм/мин) и полным разрушением водопрочной структуры.
Теоретическая и практическая значимость работы. Установленные
закономерности изменения агрофизического состояния дерново-подзолистой
легкосуглинистой почвы при разных по интенсивности способах
использования пашни позволяют оценить степень ее деградации и
разработать комплекс обоснованных управленческих решений по
восстановлению и поддержанию оптимальных параметров, обеспечивающих эффективное использование земельного фонда и формирование экологически устойчивых высокопродуктивных агробиоценозов.
Полученные данные являются составной частью мониторинга в Длительном опыте и могут быть использованы для совершенствования
комплекса агротехнических мероприятий по рациональному использованию и охране дерново-подзолистой почвы в Центральном районе Нечерноземной зоны РФ.
Производству рекомендованы приемы по стабилизации
агрофизических показателей дерново-подзолистой почвы в пределах значений, не оказывающих отрицательного влияния на продуктивность различных агроэкосистем. При диапазоне урожайности картофеля 20,0-25,0 т/га, озимой ржи - 4,0-4,5 т/га, ячменя - 3,2-3,7 т/га, сена клевера – 4,5-5,5 т/га в зернопаропропашных севооборотах наряду с внесением навоза необходимо заделывать солому зерновых при сочетании с повторным известкованием (через 10-12 лет), а также возделывать сидеральные культуры, что обеспечит дополнительное поступление более 10 т/га органического вещества.
Методология и методы исследований. Методология исследований заключается в проведении полевых опытов и лабораторных исследований по традиционным методам, применяемым в земледелии. Для математической обработки экспериментальных данных использовали методики Б.А. Доспехова (1985). Геостатистическая обработка данных проводилась с использованием программы Surfer 12.
Основные положения, выносимые на защиту:
- бессменное парование дерново-подзолистой почвы (более 100 лет)
без внешнего поступления энергетических субсидий в виде различных
удобрений и пожнивно-корневых остатков приводит к статистически
достоверному снижению содержания органического углерода до
квазиравновесного состояния (0,62%), что сопровождается сильной степенью деградации агрофизических показателей плодородия.
- выращивание полевых культур как бессменно, так и в севообороте на
фоне длительного применения навоза и его сочетания с полным
минеральным удобрением способствует оптимизации агрофизических
показателей плодородия дерново-подзолистой почвы.
- сплошное внесение полного минерального удобрения после 60-
летнего дробного применения не устраняет дифференциацию почвенного
плодородия.
- мощность и характер формирования снежного покрова определяет
изменение температурного режима пахотного слоя почвы в холодный
период, условия перезимовки растений озимой ржи и их устойчивость к
болезням выпадения.
- выявленные различия в изменении агрофизических свойств почвы по
вариантам внесения средств химизации разного уровня интенсивности
определяли продуктивность озимой ржи.
- экономическая оценка роли способа использования пашни, видов
удобрений и известкования в формировании высокопродуктивных и
экологически устойчивых агробиоценозов озимой ржи.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена использованием проверенных методик, а также статистической обработкой экспериментальных данных.
Результаты исследований были доложены на Международной научной
конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 170-летию со
дня рождения К.А.Тимирязева, Москва, РГАУ-МСХА имени К.А.
Тимирязева, 2013г.; Международной научно-практической конференции
молодых ученых и студентов, Санкт-Петербург, СПбГАУ, 2014г.; Всероссийской научной конференции с международным участием, Санкт-Петербург, ФГБНУ АФИ, 2016; научно-практической конференции, посвященной 90- летию Б.А. Доспехова, Москва, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2017г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 - в рецензируемых журналах и изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.
Декларация личного участия в выполнении работы. Лично автором
диссертационной работы осуществлялись: постановка задач, разработка
программы исследований, проведение полевых опытов и лабораторных
анализов, анализ источников литературы и экспериментальных данных с
математической обработкой полученных результатов исследований,
формулирование основных положений, выносимых на защиту и выводов, разработка рекомендаций для производства, подготовка публикаций по тематике диссертационной работы и автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 5 глав, основных выводов и предложений производству, содержит 14 таблиц, 34 рисунка. Библиографический список использованной литературы включает 180 наименований, в том числе 37 на иностранных языках.
Благодарность. Выражаю искреннюю благодарность научному
руководителю, доктору сельскохозяйственных наук, профессору
Савоськиной Ольге Алексеевне за активную помощь в работе, заведующему кафедрой земледелия и методики опытного дела РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева доктору биологических наук, профессору Мазирову Михаилу Арнольдовичу и доктору сельскохозяйственных наук, профессору Матюку Николаю Сергеевичу за ценные советы при подготовке диссертации.
Действие агрофизических параметров плодородия почвы на формирование урожая сельскохозяйственных культур
Изменение физического состояния почвы при ее интенсивном и многолетнем сельскохозяйственном использовании значительно влияет на режимы - водный, воздушный и тепловой, которые определяют направление и характер формирования урожайности сельскохозяйственных культур.
Наукой о физических основах формирования урожая является агрофизика. Есть энциклопедическое определение науки агрофизики и оно более полное. Агрономическая физика (агрофизика) - наука, изучающая физические, физико-химические и биофизические процессы в системе «почва – растение – деятельный слой атмосферы», основные закономерности продукционного процесса, разрабатывающая научные основы, методы, технические, математические средства и агроприемы рационального использования природных ресурсов, повышения эффективности и устойчивости агроэкосистем, земледелия и растениеводства в полевых и регулируемых условиях (Шеин, 2006).
Для агротехнических характеристик почвенного покрова достаточно изучить физические свойства верхних горизонтов. При описании почвенного горизонта необходимо определить глубину взятия образцов и глубину почвенной площадки для изучения физических свойств почвы. Описание необходимо начинать с определения влажности, потому что от не зависят твердость (сопротивление пенетрации), выраженность почвенной структуры, а также тепловые свойства почвы (Шеин, 2007; Мазиров, 2012).
Влажность почвы. Для роста растений и жизнедеятельности почвенной биоты вода имеет огромное значение. Г.Н. Высоцкий сравнивал ее с ролью крови для живых организмов.
Одним из главных показателей агрофизического состояния почвы является содержание воды (количество на единицу массы или объема почвы) – влажность почвы. Влажность почвы влияет на е агрофизические свойства: плотность, твердость, образование агрегатов и т.д. Также содержание влаги определяет уровень эффективного плодородия. Процессы переноса вещества и энергии, формирование условий существования и питания растений (доступность питательных элементов и их концентрация), газовый режим почв, значения агрофизических показателей – все это определяется влажностью почв или зависит от нее (Качинский, 1970; Рожков, 2002; Шеин, 2005). Наиболее стандартизированным и общепринятым методом определения влажности является весовой метод. Его особенность заключается в отборе образцов почвы из различных ее слоев, взвешивания, высушивания этих образцов и повторного взвешивания. Однако весовой метод является трудоемким ввиду частого бурения и многократного взвешивания образцов. Также этот метод не представляет возможным получить оперативные результаты анализа в течение одного рабочего дня. В связи с этим существуют различные экспресс-методы определения влажности. Ускоренные методы позволяют избавиться от множества трудоемких и энергозатратных действий, также они позволяют дать своевременные производственные рекомендации для механической обработки почвы, особенно при проведении ранних полевых работ (Ревут, 1960; 1972).
Существует три способа представления данных о влаге в почве. Первый способ – это отношение массы воды к массе абсолютно сухой почвы, т.е. к массе твердой фазы (г/г) или, если умножить на 100, то в процентах: где mw – масса воды; ms – масса твердой фазы; mвл – масса влажной почвы; mсух – масса сухой почвы (равная ms); W – весовая или массовая влажность почв (г/г или % к весу при умножении на 100).
2-й способ выражения – это отношение массы (или объема) воды к объему почвы Vt , – объемная влажность (, см3/ см3):
Нетрудно показать, что объемная и весовая влажности взаимосвязаны через плотность почвы рь : = Wpt,.
Существует еще один очень важный способ выражения влаги - в виде запасов влаги (ЗВ) в конкретном слое почвы: где h - мощность слоя, см; рь - плотность почвы, г/см3; W - влажность весовая, %.
Это балансовая форма представления данных по влажности. Используется она в основном для характеристики запасов влаги, балансовых расчетов, для выражения всех составляющих водного баланса в одних единицах.
С помощью указанных трех способов выражения влажности почвы всегда можно рассчитать количество воды в почве, приходные и расходные статьи водного баланса почвы (Hanks, 1980; Корчагин, 2011).
Ценность воды в почве определяется по ее подвижности, что связано с доступностью для растений. Это много раз подчеркивали известные физики А.А. Роде, СИ. Долгов, Н.А. Качинский, проводя ряд специальных исследований.
Влажность почвы является одним из основных факторов плодородия. Основой разработки рациональной агротехники и получения высоких урожаев является регулирование режима влажности для различных почв. При недостатке воды растения очень сильно снижают свою продуктивность. Избыточное количество влаги затрудняет доступ кислорода, тем самым вызывает угнетение роста и развитие растений. Поэтому определение влажности почвы является наиболее распространенным почвенным анализом (Колясев, 1948; Пупонин, 1984; Баздырев, 1993).
Существует несколько форм подвижности воды в почве и их можно разделить на следующие формы: парообразную (в виде водяного пара в почвенном воздухе); связанную (прочносвязанную - гигроскопическая вода и рыхлосвязанную - пленочная вода); гравитационную (передвигающуюся под силой тяжести); кристаллизационную и химически связанную. (Лебедев, 1930). Все формы воды отражают одну простую закономерность о том, что подвижность воды, а также е доступность растениям определяется в зависимости от снижения почвенной влажности. Чем меньше влажность, тем меньше доступность воды растениям (Philipp, 1974; Hillel, 1980; Судницын, 1979; Воронин, 1984; Шеин, 2005).
Водные свойства почвы влияют на способность ее к стабильному обеспечению растений водой. К ним относятся: водоудерживающая способность, влагоемкость, водопроницаемость, водоподъемная способность, потенциал почвенной воды, сосущая сила почвы (Баздырев, 2008).
Водоудерживающая способность – свойство почвы поглощать и удерживать воду в своем профиле с помощью сорбционных и капиллярных сил, противодействуя ее стеканию. Количественно водоудерживающая способность представляет влагоемкость. Влагоемкость почвы – это максимальное количество той или иной формы почвенной воды, удерживаемое соответствующими силами в почве.
Водопроницаемость почвы – это свойство почвы впитывать и пропускать через свой профиль поступающую с поверхности воду. Водопроницаемость зависит от гранулометрического состава, структуры почвы, плотности, степени увлажнения.
Свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение содержащейся в ней воды под воздействием капиллярных сил называется водоподъемной способностью.
Не стоит забывать о том, что в земледелии особенное место отводится водному режиму почвы, который характеризует ряд протекающих процессов в почве: поступление, передвижение, сохранение и потерю воды. Водный режим пахотных почв складывается под воздействием множества факторов, среди которых доминируют рельеф, климат, условия водного питания, водно-физические свойства почвогрунтов (Роде, 1984).
Деградация физических свойств почвы бессменного чистого пара и приемы их оптимизации
Одной из задач адаптивно-ландшафтных систем земледелия является восстановление оптимального для возделываемых культур строения пахотного слоя почвы, утраченного вследствие длительного использования пашни за счет сбалансированной системы удобрений, почвозащитной обработки и увеличения массы энергетических субсидий возобновленных биоресурсов.
Односторонняя ориентировка на учет только агрохимических показателей может привести к недооценке производственно важных свойств почвы и неправильному применению тех или иных мероприятий по воспроизводству плодородия, в том числе роли полевых культур из разных хозяйственно-биологических групп (Савоськина, 2012).
Изучение изменения агрофизических показателей плодородия почвы в поле бессменного чистого пара за длительный период позволяет накопить обширный материал для установления взаимосвязи строения пахотного слоя с факторами интенсификации земледелия, которые выражаются в разные соотношения объемов занимаемых твердой фазой почвы и различными видами пор при ненарушенном сложении (рисунок 9).
Установлено, что после 15-летнего парования почвы (1927 г.) строение пахотного слоя было близко к оптимальному по всем вариантам внесения удобрений. На контрольном варианте (без удобрений) объем капиллярных пор увеличивается в 2,5 раза по отношению к некапиллярным, что создает предпосылки для развития анаэробных процессов в почве. Это связано с последействием внесения высоких доз (100 т/га) органических удобрений в прифермском севообороте, который был на территории до закладки опыта.
В последующие годы в вариантах без удобрений отмечена устойчивая тенденция снижения объема некапиллярных пор до уровня 6-8% и увеличения доли объема твердой фазы с 58% до 65% при незначительном колебании от 28% до 30% объема капиллярной пористости. Увеличение объема твердой фазы связано с минерализацией органического вещества до квазиравновесного состояния, которое наступает в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве при содержании органического углерода на уровне 0,55-0,65%.
Однако через 30 лет (1958 г.) произошли кардинальные изменения в строении пахотного слоя, которые сохранились до настоящего времени (2015 г.). Произошло значительное увеличение объема занимаемого твердой фазой почвы до 65,2 - 65,5% на варианте абсолютного контроля, что на 7,2% выше по сравнению с 1927 г. Внесение полного минерального и органических удобрений способствовало незначительному приросту этого показателя. Стоит отметить, что на варианте внесения N100P150K120 отмечается устойчивое линейное повышение содержания органо-минеральной части почвы (до 58,1% в 2015 г.), тогда как на варианте внесения навоза (20 т/га) до 1973 г. идет сначала увеличение (до 57,7% в 1973 г.), а к 2015 г. происходит снижение до 57,0%. Кроме того, внесение навоза уменьшает распыленность почвы за счет образования перегнойных веществ, которые цементируют мелкие частицы в более крупные агрегаты и тем самым приводит к увеличению пористости.
Особенно характерно то, что при увеличении объема общей пористости на контроле с 34,7% до 43,0% на варианте внесения навоза мы наблюдаем и значительное повышение некапиллярной (на 8,3%). Такое действие на почву может быть обнаружено лишь при длительном действии органических удобрений по сравнению с контролем.
Пылеватые частицы, которые в значительном количестве присутствуют на абсолютном контроле, занимают совершенно иное положение. Они могут забивать поры между структурными отдельностями, они не пропускают воздух к корневой системе, что влечет за собой пониженную аэрацию.
Кроме вышеупомянутых вариантов удобрений мы проследили изменение строения пахотного слоя и по другим (рисунок 10).
По содержанию объема общей пористости (в среднем по вариантам удобрений) почва в бессменном чистом пару сильно деградирована: 38,7% в сравнении с 56,7% на залежи (эталон). Явная депрессия строения пахотного слоя почвы, обусловлена, по-видимому, быстрым разложением и минерализацией органических веществ с одной стороны, и отсутствием работы корней и пополнения органическими веществами корневых остатков - с другой.
Определение строения пахотного слоя почвы через 103 года функционирования стационара (2015 г.) позволило выявить определенные закономерности влияния разного уровня окультуренности (оцененного по содержанию органического углерода) на изменение содержания твердой фазы почвы, которое описывается линейной зависимостью при коэффициенте корреляции R= - 0,75.
Ежегодное внесение органических (20 т/га), полных минеральных (N100P150K120) и органоминеральных удобрений повышает содержание общей пористости на 16,9% по сравнению с двухкомпонентными удобрениями и на 20,9% - с однокомпонентными.
Совместное применение навоза с NPK выявило ревальвацию жидкой и газообразной фаз почвы опытного участка, что проявилось в увеличении общей пористости на 26,0% по сравнению с абсолютным контролем, на 8,3% - с навозом и на 10,7% - с полным минеральным удобрением.
Среди двухкомпонентных удобрений наиболее эффективным в стабилизации строения пахотного слоя почвы оказался вариант NK, а на вариантах с внесением моноудобрений – N.
Длительное применение только калийного удобрения (хлористый калий) резко, до 70%, увеличивало долю твердой фазы почвы за счет вытеснения из ППК двухвалентных катионов и последующей диспергацией коллоидов.
По разнице соотношения между объемами капиллярных и некапиллярных пор среди вариантов по удобрениям преимущественно выделяются NPK (20,5%), NK (19,5%), PK (17,7%) и контроль (17,3%), что свидетельствует о наличии в почве значительного количества распыленных частиц, которые снижают некапиллярные промежутки, даже при поддержании пашни в рыхлом состоянии. Близкое содержание к оптимальному по наличию пор различного размера в почве находилось на вариантах внесения навоза, навоза+NPK и N.
Различия в соотношении между капиллярной и некапиллярной пористостью в почве изменяли направленность физико-химических и биологических процессов, что приводило к дифференциации пахотного слоя по плодородию.
Как и любая динамическая система, строение пахотного слоя почвы на делянках с возделыванием различных сельскохозяйственных культур, не находится в статическом состоянии, а стремится к определенному равновесию после разрыхляющего действия почвообрабатывающих орудий, которое наступает к концу вегетации.
Разрыхляющее влияние корневой системы растений зависит от накопления ее массы и глубины проникновения, а также длины вегетационного периода. По мере увеличения массы корневой системы повышается содержание органического вещества, что изменяет соотношение объемов занимаемых твердой фазой почвы и различными видами пор. Так, бессменное выращивание картофеля (с накоплением 1,5-1,6 т/га корней) снижает содержание твердой фазы почвы на 8,2% по сравнению с чистым паром, а озимой ржи (при массе корней 3,2 - 3,6 т/га) – на 9,9% (рисунок 11).
Временная и пространственная вариация твердости и влажности почвы на длительном опыте
На начальных этапах вегетации возделываемых культур (посев-всходы) для нормального роста и развития растений необходимо оптимальное сложение посевного слоя почвы, в том числе и твердости определяющей глубину проникновения и мощность развития корневой системы.
При обследовании состояния почвенного покрова одним из определяющих параметров является определение сопротивления пенетрации почвы. Получение стабильных урожаев высокого качества возможно только на окультуренных почвах с оптимальной твердостью в корнеобитаемой зоне.
При твердости почвы выше 4,0 МПа снижается всхожесть семян, возрастает механическое сопротивление проникновению корней вглубь, растягивается период появления всходов.
Для культур, возделываемых на Длительном опыте, сопротивление пенетрации должно составлять 2,0-3,5 МПа. В годы проведения исследований твердость почвы варьировала в широких пределах в зависимости от изучаемых факторов интенсификации земледелия: удобрения, известкования, гранулометрического состава почвенного покрова и особенностей рельефа опытного участка (рисунок 26, таблица 6).
Так, в условиях 2013 года, наибольшая твердость почвы отмечалась при бессменном возделывании культур на полях 123 (картофель) и 125 (клевер) и колебалась в пределах 4-6 МПа. Почвенный покров этих полей представлен агродерново-подзолистыми легкосуглинистыми почвами на моренных валунных легких и средних суглинках. Максимальные значения отмечались в варианте без удобрений, а на вариантах с внесением органических удобрений твердость почвы заметно снижалась, такая же закономерность наблюдалась и при внесении полного минерального удобрения.
При возделывании культур в севообороте максимальные значения сопротивления пенетрации зафиксированы на поле 131 (лен) при внесении парного сочетания минеральных удобрений на неизвесткованном фоне и составляли в среднем 4,7 МПа.
Существенное снижение сопротивления пенетрации зафиксировано на поле 136 по фону проведения периодического известкования и варьировало в пределах 1,8-2,4 МПа. Это связано с тем, что в 2013 году на этом поле возделывался клевер, обладающий разрыхляющим действием корневой системы и обогащающий почву органическим веществом.
На остальных полях по всем изучаемым вариантам удобрений твердость почвы не превышала критических значений и находилась в оптимальных диапазонах для возделываемых культур
Влияние внесения различных сочетаний удобрений нивелировалось гранулометрическим составом почвы и рельефом опытного участка.
На более легких агроземах (легкосуглинистые на моренном валунном суглинке), которые расположены на полях 131-133 в вариантах внесения K, NP, NK, PK отмечалось снижение показателей твердости до 2,0-2,6 МПа. На агродерново-подзолах иллювиально-железистых легкосуглинисто супесчаных на моренных валунных супесях, которые занимают 43,5% севооборотного участка, происходит повышение сопротивления пенетрации до 2,6-3,4 МПа.
Стоит отметить, что эрозионные процессы, частично проявляющиеся на Длительном опыте, также вносили свои коррективы в изменение твердости. На полях 121 и 131, где почва более деградирована, происходит увеличение твердости относительно полей 126 и 136 на вариантах с внесением однокомпонентного азотного удобрения, расположенного на нижней части склона севооборотного участка с намытыми почвами.
Наши исследования позволили выявить тенденцию снижения сопротивления пенетрации на фоне периодического (1 раз в ротацию) известкования по сравнению с неизвесткованным фоном, как при бессменном возделывании культур (на 1,5-2,0 Мпа), так и в севообороте на (0,8-1,2 Мпа).
В 2014 году существенных изменений по твердости почвы на Длительном опыте не произошло. Сохранялись тенденции, характерные для условий 2013 года.
В 2015 году картина распределения показателей твердости почвы кардинально изменилась, за счет увеличения площади с критическими значениями сопротивления пенетрации с 16,7% до 30,1%.
На участке с бессменным возделыванием культур в 2015 году на полях 123-126 проводилась санация – культурные растения не возделывались.
Вследствие проведения агротехнических приемов - дискования и культивации (реализация борьбы с сорными растениями) в ранне-весенний период с одной стороны произошло снижение твердости на полях 123 и 125, где в 2013-2014 годах было сильное уплотнение, а с другой е увеличение на полях 124 и 126.
Максимальные значения зафиксированы на делянках с внесением азотного удобрения на полях 126, 124, 123. Поле под бессменным чистым паром снова отличается повышенными показателями твердости (в среднем по вариантам 4,1 МПа). На поле бессменного возделывания озимой ржи по фону извести наблюдается эффект дилатансии, о чем свидетельствуют приведенные выше данные.
На севооборотном участке произошло увеличение твердости в среднем на 18,7% относительно участка с монокультурами. По всем полям (за исключением 131 и 136 полей) сопротивление пенетрации в среднем по вариантам удобрений колеблется от 4,0 МПа до 4,8 МПа. Максимальные значения зафиксированы при возделывании льна-долгунца (поле 135) и кукурузы на силос (поле 132).
По фону внесения извести, как и в предыдущие годы, структурное состояние почвенного покрова улучшалось, что приводило и к снижению сопротивления пенетрации – при бессменном возделывании культур на 12,5%, в севообороте – на 8,6%, по сравнению с неизвесткованным фоном.
Тврдость почвы по делянкам Длительного опыта также зависела от уровня е увлажнения – с уменьшением влажности сопротивление пенетрации резко возрастало.
В годы проведения исследований влажность почвы определялась климатическими условиями и топографическими особенностями опытного участка (рисунок 27, таблица 7).
В 2013-2014 годах наиболее увлажненной оказалась восточная часть Длительного опыта на полях 121-123, 131-133 за счет дополнительного бокового притока воды. Влажность почвы колебалась в пределах 18-32%.
Максимальные показатели находились на делянках бессменного чистого пара и озимой ржи в севообороте.
Экономическая оценка эффективности применения удобрений и извести при возделывании озимой ржи бессменно и в севообороте
При проведении комплексной оценки применения минеральных удобрений, наряду с агрономической эффективностью, которая определяется прибавкой урожайности сельскохозяйственных культур по отношению к вариантам без внесения удобрений, рассчитываются и экономические показатели – чистый доход и уровень рентабельности. Без расчета экономической эффективности невозможно оценить окупаемость минеральных удобрений дополнительной продукцией и сделать корректный вывод о преимуществе какого-либо варианта.
Для оценки экономической эффективности применения минеральных удобрений и контрольного варианта в данной работе было выбрано два года 2013 г. и 2015 г., так как в 2014 году озимую рожь пришлось пересевать тритикале. Все агротехнические приемы были одинаковыми и соответствовали необходимым срокам.
При расчете экономической эффективности возделывания озимой ржи были определены следующие показатели: урожайность основной продукции в т/га, прибавка урожая относительно контрольного варианта в т/га, стоимость прибавки урожая в руб./га, затраты на применение удобрений и затраты на уборку и доработку дополнительной продукции в руб./га, чистый доход в руб./га и уровень рентабельности в %.
Чистый доход определялся дозами внесения различных комбинаций минеральных удобрений и величиной окупаемости прибавки урожая и соответствовал следующей зависимости:
ЧД = Спр – (Зуд + Здор), где
ЧД – чистый доход, руб./га
Спр стоимость основной продукции
Зуд – затраты на удобрения рассчитывали с учетом доз их внесения:
- аммиачная селитра (N – 34,4%) – 11200 руб./т
- двойной суперфосфат (P2O5 – 46%) – 35500 руб./т
- хлористый калий (KCl – 40%) – 12300 руб./т
Здор – затраты на уборку и доработку для зерновых - 700 руб./т.
Цена реализации зерна озимой ржи - 7000 руб./т.
Показатели экономической эффективности представлены в таблицах 9, 10.
Эффективность минеральных удобрений при возделывании озимой ржи при равных дозах действующего вещества зависела от сочетаний элементов питания.
Установлено, что при бессменном возделывании озимой ржи внесение двухкомпонентного удобрения NK и однокомпонентного N позволяют получать чистый доход и обеспечивать рентабельность применения элементов питания. Максимальный уровень рентабельности отмечается на варианте внесения азотного удобрения – 91,7% на фоне извести и 49,1% на фоне без извести (таблица 13).
В других вариантах внесение удобрений было убыточным, что связано с высокой стоимостью минеральных удобрений.
При выращивании озимой ржи в севообороте на варианте внесения N показатель рентабельности составляет 56,4% на фоне извести и 163,1% на фоне без извести. Несмотря на то, что полное минеральное удобрение N100P150K120 обеспечивает высокую продуктивность озимой ржи (4,2 т/га при бессменном возделывании и 3,97 т/га в севообороте) затраты на их приобретение и внесение не окупаются полученными прибавками урожая, что не обеспечивает получение чистого дохода и делает нерентабельным их применение (таблица 14).
В Длительном опыте под возделываемые культуры вносят повышенные дозы минеральных удобрений, что нехарактерно для сельскохозяйственного производства в Нечерноземной зоне
С увеличением дозы наблюдается уменьшение окупаемости каждого килограмма действующего вещества удобрений получаемыми прибавками урожая. В связи с этим целесообразно пересмотреть систему удобрений в Длительном опыте.
Таким образом, проведенная экономическая оценка показывает высокую стоимость затрат относительно стоимости прибавки основной продукции. Прежде всего, это связано с ростом цен на применяемые минеральные удобрения. Самая высокая рентабельность была получена при возделывании озимой ржи при внесении однокомпонентного азотного удобрения, как в севообороте, так и при бессменном возделывании этой культуры. Внесение однокомпонентных фосфорных и калийных удобрений не обеспечивало прибавки основной продукции относительно контрольного варианта и не оправдывало затраты на их применение. Необходимо также отметить, что прибавка основного вида продукции не всегда соответствует произведенным затратам на ее получение.