Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса по сис теме использования пашни и севооборотов 8
1.1. Современное состояние пашни и системы её использования 8
1.2. Структура использования пашни 13
1.3. Применение удобрений 20
Глава 2. Условия и методика проведения исследовании 25
2.1. Почвенно-климатические условия зоны 25
2.2. Методика исследований 34
Глава 3. Влияние севооборотов на физические свойства и влажность почвы 38
3.1. Плотность почвы 38
3.2. Структурно - агрегатный состав почвы 43
3.3. Запасы продуктивной влаги в почве 53
Глава 4. Влияние севооборотов на агрохимические свойства почвы 63
4.1. Изменение основных агрохимических показателей за ротацию севооборотов 63
4.2. Содержание нитратного азота 63
4.3. Содержание подвижного фосфора 76
4.4. Содержание подвижных форм калия 83
Глава 5. Засоренность почвы и посевов 87
5.1. Засоренность почвы 87
5.2. Засоренность посевов 91
Глава 6. Урожайность культур и продуктивность севооборотов
Глава 7. Экономическая и биоэнергетическая эффективность севооборотов 109
Выводы 113
Предложения производству 116
Список использованных источников 117
Приложения 131
- Структура использования пашни
- Структурно - агрегатный состав почвы
- Урожайность культур и продуктивность севооборотов
- Экономическая и биоэнергетическая эффективность севооборотов
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных элементов современных адаптивно-ландшафтных систем земледелия являются севообороты. Севообороты играют ключевую роль в системном использовании пашни, сохранении плодородия почвы, упорядоченном применении всех остальных технологических звеньев системы земледелия. В 90-е годы в Предбайкалье произошло резкое сокращение поголовья животных, что обусловило снижение применения органических удобрений и сокращение посевов ценных кормовых листовых культур, являющихся хорошими предшественниками в севооборотах. В качестве ведущего предшественника в регионе стал преобладать чистый пар (до 25 - 30 % и более), а доля зерновых возросла до 55 - 65 %. Переход на зернопаровую структуру использования пашни привел, с одной стороны, к дегумификации почв, увеличению площади низкогумусной пашни, а с другой, к дисбалансу между производством зерна и кормов, животноводства в целом. В связи с этим возникла острая необходимость исследований по сравнительной и всесторонней оценке зер-нопаровых севооборотов с более биологизированными с занятым паром и плодосменными.
Цель исследований. Установить влияние и наиболее эффективные виды полевых севооборотов и систем удобрений на плодородие и продуктивность серых лесных почв лесостепной зоны Предбайкалья.
Задачи исследований:
изучить влияние севооборотов на агрофизические и агрохимические свойства, влагообеспеченность почвы и засоренность посевов;
установить влияние севооборотов при применении минеральной, органической и органо - минеральной системах удобрений на урожайность культур и продуктивность севооборотов;
дать экономическую и биоэнергетическую оценку полевым севооборотам с учетом разных систем применения удобрений.
Научная новизна. Впервые в условиях лесостепной зоны Предбайкалья на серых лесных почвах изучена эффективность полевых севооборотов при минеральной, органической и органо - минеральной системах удобрений. Установлено, что в условиях лесостепной зоны региона зернопаровой севооборот с чистым паром по агротехнической и комплексной экономико-энергетической оценке менее эффективен, чем севооборот с занятым паром и плодосменный, а чистый пар
как предшественник яровой пшеницы не имеет заметных преимуществ перед занятым паром, кукурузой, клевером. Защищаемые положения:
зернопаровой севооборот с занятым паром и плодосменный севооборот с кукурузой и клевером, в отличие от зернопарового с чистым паром способствуют повышению плодородия серых лесных почв и продуктивности севооборотов;
эффективность полевых севооборотов возрастает при применении минеральной, органический и органо - минеральной систем удобрений;
экономическая и биоэнергетическая эффективность зернопарового севооборота с занятым паром и плодосменного севооборота выше, чем зернопарового с чистым паром.
Практическая значимость. Для условий лесостепной зоны Иркутской области на серых лесных почвах наиболее эффективными являются полевые севообороты, включающие кукурузу на силос, клевер и зерновые культуры, размещаемые по этим предшественникам один год.
При повторных посевах зерновых вместо ячменя целесообразно возделывать овес, который является более урожайной зернофуражной культурой в зоне проведенных исследований.
Наиболее высокая эффективность полевых севооборотов достигается при применении минеральных удобрений и их сочетании с органическими: навозом, сидератами, использованием на удобрение соломы.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на научно-практических конференциях различного уровня: на международных (Новосибирск, 2004; Иркутск, 2005; Иркутск, 2011; Красноярск, 2011), региональной (Иркутск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях рекомендованных ВАК.
Личный вклад. Диссертационная работа является обобщением личных материалов, собранных автором в результате полевых исследований 2003-2005гг, на стационарном опытном поле Иркутского НИ-
исх.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству, списка
Структура использования пашни
Сибирское земледелие берет свое начало со времен освоения азиатской территории российскими первопроходцами. Рождением научного земледелия в Сибири по праву считается организация в 1828 году в Омске на казачьем хуторе Осипом Обуховым и Петром Щербаковым первого опытного поля (Власенко, Филимонов, 1999).
Земледелие Прибайкальской части Восточной Сибири по сравнению с Уралом и Западной Сибирью является более молодой производственной отраслью.
По данным В. Е. Писарева (1964), в 1914- 1921 годах в Западной Сибири под пшеницей было занято свыше 70 % всей посевной площади, а в Иркутской губернии - только 16 %. Интересно, что из 6 уездов губернии районами самой интенсивной культуры пшеницы был северный - Киренский и самый южный - Балаганский.
Уже в конце девятнадцатого, начале двадцатого века крестьяне стали отмечать постепенное снижение урожайности яровой пшеницы, поэтому часть ее посевов стали заменять овсом, как менее прихотливой культуры к плодородию почв. В.Е. Писарев объяснил это понижение естественного плодородия почв с одной стороны, размещением пшеницы исключительно по чистым парам, которые выпахивались после тройной вспашки, а с другой, с тем, что с идеей восстановления плодородия вольные сибиряки еще не освоились, а выпаханность пашни не давала возможности получать сносные урожаи пшеницы.
Как отмечает П.Л. Гончаров (1978), падение плодородия, главным образом, было связано с тем, что опыта у сибирских крестьян было мало, многолетние травы не сеялись, а для ведения скотоводства хватало естественных и обильных трав, к удобрению навозом крестьяне относились консервативно, поскольку это требовало значительных затрат. Поэтому при обилии земель им было легче освоить новые плодородные участки, а выпаханные оставлять в залежь. Залежнопаровая и паровая система использования пашни в Иркутской губернии господствовали до 30-х годов. Под парами и залежью находилось до 50 % площади пашни (Кузнецова, 1966). Пашня использовалась по типу зернопаровой двух - или трехполки.
И только с середины 30-х годов (1935 - 1937) начали осуществляться первые попытки по внедрению травопольных севооборотов. В этот период земледелие региона еще только знакомилось с культурой многолетних трав и совсем не были проверены и обоснованы для сибирских условий научные положения системы, разработанной В.Р. Вильямсом.
В начале внедрение травопольных севооборотов шло на государственных сортоиспытательных участках, которые затем стали рекомендовать многопольные севообороты с двумя полями чистого пара, с двухгодичным использованием многолетних трав и шестью полями зерновых, причем в составе пашни 30 % приходилось на долю яровой пшеницы и 30 % - на зернофуражные культуры с небольшой долей участия проса, гречихи и гороха на зерно. Более глубокое изучение и внедрение элементов травопольной системы земледелия в регионе было начато с 1943 - 1946 годов и продолжалось по 1953 - 1955 годы. За этот период кафедрой земледелия бывшего Иркутского СХИ была составлена карта районирования трав и широко внедрена новая для местных условий многолетняя трава - люцерна.
В результате исследований, проведенных А.И. Кузнецовой (1951 - 1955), И.Д. Троценко (1955) и др. было рекомендовано в травопольных полевых севооборотах высевать не травосмеси, а только одну бобовую культуру - кле вер или люцерну. В севооборотах с клевером рекомендовалось устанавливать ротацию с одногодичным его использованием, запахивая клеверную отаву, подрастающую после укоса как зеленое удобрение. Люцерну было предложено использовать в течение двух-трех лет, а в севооборотах создавать выводные поля (клинья), в которых сосредоточить семеноводство бобовых и злаковых трав (Кузнецова, 1951).
Полученные экспериментальные данные показали, что травопольная система в целом, по рекомендациям В.Р. Вильямса для региона оказалась неприемлемой, а севообороты в хозяйствах могут быть и травопольными, и па-ропропашными, и зернотравяными и другими, как чистыми, так и сидераль-ными парами.
На практике травопольные севообороты не получили широкого распространения, а удельный вес многолетних трав в структуре пашни до настоящего времени так и не превысил 10-12%.
Ежегодное планирование сверху нарушало планы размещения культур, намеченные хозяйствами по переходному плану. Ротации севооборотов из-за двух-трех- летнего использования трав были слишком длинными, преобладали девяти и десятипольные, что не давало возможности проверить их правильность и убедиться в агротехнической и хозяйственной целесообразности принятого чередования культур.
Исследованиями в 60-е годы Ф.П. Кривых (1964) А.Г. Белых (1966), М.А. Балаболина (1966), А.Р. Гиля (1966), Ш.К. Хуснидинова (1972), В.Ф. Масалова (1973), М.Ф. Бычко (1980) и других было установлено, что наиболее эффективными предшественниками под яровую пшеницу в условиях лесостепной зоны региона являются чистые и занятые пары, пропашные культуры, пласт многолетних трав. При этом разные полевые севообороты оказывают неодинаковое влияние на накопление свежего органического вещества в почве, засоренность посевов и почвы, ее пищевой и водный режим.
Структурно - агрегатный состав почвы
Одним из важнейших показателей, характеризующих оптимальное физическое состояние почв, возможность их пригодности для возделывания растений является структура почвы и особенно ее качественная составляющая - водопрочность. Особую ценность имеют водопрочные агрегаты, размером от 0,25 до 10 мм. Чем выше содержание этой фракции в почве, тем лучше формируются водный, воздушный, питательный и тепловой режимы (Ревут, 1972). Впервые на большое производственное значение структуры обратил внимание П.А. Костычев (1952). Он же предложил и приемы восстановления структуры, для чего в качестве наиболее действенного и быстрого способа ее восстановления рекомендовал посев многолетних трав.
В разные годы К.К. Гедройц (1925), И.Н. Антипов - Каратаев (1930), В.Р. Вильяме (1938), П.В. Вершинин (1953), А.Н. Соколовский (1956), Н.А. Качинский (1965) и др. основными факторами образования структуры считали коллоиды, глину, гумус, обменный кальций, состояние влажности и др. Ряд ученых: В.В. Квасников (1933), В.Р. Вильяме (1938) считали структуру главным условием плодородия. В то же время другие: А.И. Ахромейко (1930), Н.Ф. Деревицкий (1957) и др. сомневались в этом. Несколько позднее Т.С. Мальцев (1956) пришел к выводу, что структуру почвы могут создавать и однолетние культуры.
Анализ обширной литературы по структуре почвы показывает, что хотя учение о структуре почвы занимает видное место в научном земледелии, вопрос о значении структуры в эффективном плодородии остается дискуссионным и ей придается неодинаковая роль до настоящего времени.
Учитывая, что для теории севооборотов и для практики сельского хозяйства изучение роли однолетних и многолетних растений в процессе структу-рообразования имеет важное значение, мы изучали динамику структурного состояния почв по полям всех изучаемых севооборотов. Наши исследования показали, что по данным сухого просеивания серая лесная почва имеет хорошо выраженную агрономически ценную структуру пахотного слоя (табл. 3, рис. 6,7,8).
Количество агрономически ценных агрегатов размером от 10 - 0,25 мм составляла независимо от севооборотов и систем удобрений от 90 до 97 %. Однако определение качественного показателя этой структуры (ее водо-прочности) показало, что данная структура является не устойчивой к воздействию влаги и находится на уровне хорошей и удовлетворительной (табл. 4, рис 9,10,11).
Как следует из таблицы 4, при закладке севооборотов почва опытного участка содержала от 41,6 % до 46,7 % водопрочных агрегатов. В дальнейшем на изменение их содержания оказали влияние, как изучаемые севообороты, так и системы применяемых удобрений. Так, в зернопаровом севообороте с чистым паром к концу ротации в варианте без применения удобрений произошло даже некоторое снижение количества водопрочных агрегатов.
Урожайность культур и продуктивность севооборотов
Увеличение производства зерна и выхода продукции с единицы севооборотной площади связано с решением целого ряда вопросов по совершенствованию агротехнического комплекса и предотвращению снижения урожайности сельскохозяйственных культур в условиях тех или иных видов севооборотов. Причинами снижения урожайности сельскохозяйственных культур, могут быть наряду с природно-климатическими факторами и условия произрастания растений: состояние засорённости, увлажнённости, пищевого режима и другие показатели плодородия почвы. Улучшение их может быть достигнуто комплексным окультуривающим действием севооборотов, обработки почвы, удобрений и интегрированной защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Большое значение при этом могут иметь посевы парозанимающих культур на корм и зелёное удобрение в расчете на повышение продуктивности и плодородия почвы.
Итоговым показателем, определяющим эффективность различных полевых севооборотов, является урожайность культур, входящих в севооборот. Урожайность — важнейший показатель, отражающий уровень интенсификации сельскохозяйственного производства.
Урожайность культур в разных севооборотах, полученная нами, при разных системах удобрений, представлена в таблице 16.
Как следует из полученных данных, в среднем за три года наиболее высокая урожайность яровой пшеницы без применения минеральных удобрений получена, по чистому пару - 22,4 ц/га и сидеральному пару - 23,0 ц/га. Применение минеральных удобрений сглаживало разницу урожайности яровой пшенице по предшественникам. Урожайность зерновой культуры, размещённой после яровой пшеницы (ячмень по пшенице и ячмень по кукурузе), была ниже и составила 17,1 -17,7 ц/га. Следует отметить, что овёс обеспечил более высокую урожайность, чем ячмень даже при размещении по пшенице, что свидетельствует о том, что урожай овса в юго-восточной лесостепи превосходит урожай ячменя, размещаемых по худшим предшественникам. Однако, овёс всё равно оставался наиболее урожайной зерновой культурой всех севооборотов. Аналогичная закономерность отмечалась также при органической и органо - минеральной системах удобрений. Однако, в любом случае на получение прибавки урожая большое влияние оказали минеральная и органо-минеральная системы удобрений, которые обеспечивали достоверную прибавку урожая как зерновых так и кормовых культур (пар занятый, кукуруза и клевер).
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что в севообороты лесостепной зоны следует включать чистые пары, сидеральные пары с клевером, занятые пары с горохом и овсом. После них целесообразно размещать яровую пшеницу, а после неё вместо ячменя - овёс. Это позволяет значительно увеличить не только выход зерна в севообороте, но и выход кормовых культур. Очень важно при построении севооборотов знать влияние предшественников и систем удобрений на урожайность возделываемых в них культур
Как следует из полученных нами данных, в засушливый 2003 год в варианте без применения удобрений урожайность яровой пшеницы по чистому пару составила всего 12 ц/га, а на других предшественниках не превышала этого уровня.
Применение минеральных удобрений позволило увеличить урожай зерновых на 2 - 3 ц/га, а кормовых на 30 - 50 ц/га. Органическая система удобрений не привела к увеличению урожайности на математически достоверную величину. Органо - минеральная система в засушливый год несколько повысила урожайность всех культур севооборота. Это свидетельствует о том, что в засушливые годы сочетание органических и минеральных удобрений является более эффективным по влиянию на урожайность культур в севооборотах.
В наиболее увлажнённый 2004 год, а также в нормальный по увлажнению 2005 год эффективно сработали все применяемые системы удобрений, но наиболее высокая прибавка урожая всех полевых культур в севооборотах отмечена при органо - минеральной системе удобрений. Этому способствовало хорошее растворение удобрений и их усвоение вегетирующими растениями.
Однако, из полученных данных просматривается картина из которой следует, что чистый пар как предшественник по влиянию на урожайность не имел заметных преимуществ перед занятым паром, кукурузой на силос и клевером. На эту особенность ещё в 60-е годы указала А.И.Кузнецова, (1966).
Таким образом, эффективность предшественников в севооборотах и системах удобрений определяется следующими основными факторами: порядком чередования культур в севообороте (размещение зерновых и зернофуражных культур); условиями увлажнения отдельных лет, принятой системой применений удобрений.
Экономическая и биоэнергетическая эффективность севооборотов
Для характеристики севооборотов важно дать им экономическую оценку, эффективность. Только после всестороннего экономического анализа можно сделать вывод о хозяйственной целесообразности внедрения в производство севооборотов, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и плодородия почвы.
Эффективность возделывания культур в различных севооборотах зависит от ряда технологических, организационных, хозяйственных и почвенно-климатических факторов. Поэтому при экономической оценке целесообразности внедрения севооборотов следует применять совокупность показателей, основными из которых являются следующие: прямые затраты, условно чистый доход, рентабельность. Прямые производственные затраты по выращиванию культур севооборотов, а также дополнительные затраты, связанные с выполнением агротехнических мероприятий в паровых полях, рассчитаны по типовым технологическим картам, рекомендованным в Иркутской области. Расход и стоимость семян определялись по нормам высева семян, принятым в Иркутской области. Затраты на минеральные и органические удобрения установлены по действующим ценам в годы проведения исследований. Потребность в горюче-смазочных материалах в вариантах опытов определялась по видам работ, исходя из установленных в хозяйстве норм расхода горючего по маркам тракторов и машин. Себестоимость рассчитывалась по прямым затратам, рентабельность определялась расчетным путём в ценах за 2003 - 2005 годы.
В последние годы в связи с переходом страны на рыночные отношения, когда систематически меняется цена на затраты в сельском хозяйстве, было принято решение исчислять международной объективной единицей измерение антропогенной энергией, которая используется при возделывании сельскохозяйственных культур, оказывает значительное влияние на агроэкоси стему. Она включает энергию сельскохозяйственной техники, семян, минеральных и органических удобрений, пестицидов, живого труда, горючесмазочных материалов, электроэнергии, авиации, живой тяговой силы и кон-но-ручного инвентаря.
Возделывание сельскохозяйственных культур в нашей стране, как и во всём мире ведётся неэффективно в отношении биоэнергетики почвы: темпы расхода энергии органического вещества в 25-30 раз выше, чем темпы её поступления. На участках бессменного парования этот разрыв достигает 140-190 раз. Антропогенная деятельность человека является мощным фактором, способным к коренному преобразованию почвы.
Энергетическая оценка эффективности возделывания сельскохозяйственных культур заключается в соотношении количества накопленной растительным сообществом энергии с антропогенными затратами (Володин, 1989; Абрамов, 2000) и позволяет более объективно и точно проводить это через энергетические эквиваленты, затрачиваемые на производство единицы сельскохозяйственной продукции независимо от ценовой политики. Энергетический подход представляет возможность количественно определить энергетическую оценку сельскохозяйственной продукции и технологий их возделывания. Он даёт возможность количественно определить энергетические затраты и степень их окупаемости при производстве продуктов растениеводства, сравнить агрофитоценозы по расходу затраченной энергии на единицу общей и товарной продукции при различных системах земледелия и её составляющих. Этот показатель не подменяет, а дополняет общепринятую экономическую оценку.
При биоэнергетической оценке различных полевых севооборотов руководствовались методическими указаниями для докторов, аспирантов и студентов агрономического факультета «Методика расчета затрат антропогенной энергии при возделывании сельскохозяйственных культур с помощью компьютерной программы "ZSE"», (Тюмень, 2000).
Оценку севооборотов проводили по следующим показателям: затраты совокупной энергии, выход валовой энергии, энергетический коэффициент, приращение валовой энергии. Источником исходной информации для выполнения расчетов служат технологические карты на возделывание культур севооборотов.
Комплексная экономическая и энергетическая оценка трёх исследуемых нами севооборотов, дана в таблице 20 и приложениях 12, 13, 14, 15.
Данные таблицы и приложений свидетельствуют о том, что наиболее высокие затраты труда отмечаются в зернотравяном и плодосменном севооборотах. Эта закономерность сохраняется при всех системах удобрений. Наибольшие затраты труда отмечаются при органо - минеральной системе удобрений, а наименьшие на контроле без применения удобрений. Однако, за счёт более высокого валового сбора продукции в вариантах с удобрениями в них получен наибольший % рентабельности, при этом самый высокий % рентабельности достигнут в плодосменном севообороте. Наиболее высокий энергетический коэффициент также получен в вариантах с применением удобрений, а наибольшее приращение валовой энергии в зернотравяном и плодосменном севооборотах с органо - минеральной системой удобрений.
Полученные данные свидетельствует о том, что дополнительные затраты на внесение органических и минеральных удобрений вполне окупаются дополнительной продукцией и получением валовой энергетической эффективности. 1. Севообороты оказывают существенное влияние на физические свойства почвы, влажность почвы, засоренность посевов, урожайность культур, а продуктивность севооборотов зависит от чередования и набора культур. 2. Плотность пахотного слоя серой лесной почвы по отдельным гори-зонтам колеблется от 1,20 г/см в слое 0-10 см, до 1,53 г/см в слое 20-30 см. В начале ротации севооборотов плотность почвы по вариантам различалась не значительно и составляла в среднем слое 0-30 см 1,30 - 1,38 г/см3. К концу ротации севооборота происходит некоторое разуплотнение почв. Наибольшее разуплотнение происходит при органо - минеральной системе удобрений, что связано с большим поступлением в почву свежего органического вещества.
Для создания оптимальной плотности серой лесной почвы и для зерновых культур целесообразно вносить минеральные, органические удобрения или их сочетание, что позволит оптимизировать общее физическое сложение почвы. 3. По данным сухого просеивания количество агрономических ценных агрегатов размером от 0,25 до 10 мм составляет независимо от севооборотов и систем удобрений 90 - 97 %, что является очень высоким показателям.
Похожие диссертации на Влияние полевых севооборотов и систем удобрений на плодородие и продуктивность серых лесных почв в лесостепи Предбайкалья
