Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса (обзор литературы) 8
1.1. Развитие приемов основной обработки почвы как фактора плодородия 8
1.2. Влияние обработки почвы на засоренность посевов сельскохозяйственных культур 16
1.3. Влияние обработок почвы на плодородие почвы 21
2. Условия и методика проведения исследований 32
2.1. Схема опыта и методика исследований 32
2.2. Краткая характеристика почвенно-климатических условий Центрально-Черноземной зоны и условий проведения исследований 34
2.3. Характеристика землепользования хозяйства, места проведения исследований 37
2.4. Погодные условия в годы проведения исследований 38
3. Физические и водно-физические свойства почвы 46
3.1. Характеристика увлажненности почвенного профиля в зависимости от способов обработки почвы 46
3.2. Влияние обработок почвы на плотность сложения чернозема обыкновенного 51
3.3. Структурно - агрегатное состояние почвы 63
3.4. Влияние обработок почвы на дифференциальную порозность 77
4. Влияние обработки почвы на показатели эффективного плодородия 88
4.1. Нитратный азот 88
4.2. Доступный фосфор 91
4.3. Подвижный калий 95
4.4. Взаимосвязь агрофизических и агрохимических показателей плодородия 98
5. Влияние обработок почвы на биохимические показатели плодородия 101
5.1. Биологическая активность почвы 101
5.2. Биологическая активность и размер почвенных агрегатов 109
6. Влияние обработки почвы на урожай и качество зерна озимой пшеницы 124
7. Экономическая и биоэнергетическая оценка изученных агроприемов 131
Заключение 135
Выводы 136
Список используемой литературы 140
- Влияние обработки почвы на засоренность посевов сельскохозяйственных культур
- Влияние обработок почвы на плотность сложения чернозема обыкновенного
- Доступный фосфор
- Влияние обработки почвы на урожай и качество зерна озимой пшеницы
Введение к работе
Актуальность исследования. Главной зерновой продовольственной культурой, как в России, так и за рубежом является озимая пшеница (Матвеев А.Г., 2015). В связи с этим, увеличение валового производства зерна этой культуры является основной стратегической задачей, обеспечивающей продовольственную и экономическую безопасность страны. При решении этой важнейшей народно-хозяйственной задачи необходимо стремится к снижению себестоимости производимой продукции, при одновременном повышении уровня продуктивности.
В качестве основной обработки почвы под озимую пшеницу традиционно применяется вспашка (Медведев В.В., 1982). Но ее применение остается довольно энергоемким и затратным. В последние годы все шире ведутся поиски минимализации приемов основной обработки почвы и в том числе и активное продвижение применения технологии прямого посева (Медведев В. В., 2010), суть которой состоит в посеве семян культуры стерневыми сеялками без какой-либо предварительной обработки почвы, что существенно сокращает затраты. В научной литературе и производственных кругах нет единого мнения об эффективности и целесообразности этого технологического приема. Много возникло дискуссионных вопросов об изменении агрофизических показателей почвенного плодородия при минимализации обработки почвы (Королев В. А., 2002). Не нашла должного подтверждения гипотеза об эффективности использования соломенной мульчи для сохранения влаги, сдерживания роста сорняков и улучшения структуры и плодородия почвы (Чевердин Ю.И., 2017).
В связи с этим изучение влияния приемов минимализации обработки почвы на продуктивность озимой пшеницы и показатели плодородия являются одной из актуальных задач, стоящих перед современным земледелием.
Цель исследований – выявить влияние приемов минимализации обработки чернозема обыкновенного, в том числе и технологии прямого посева, на плодородие почвы, урожайность и качество зерна озимой пшеницы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Изучить влияние систем основной обработки почвы, включающих применение прямого посева, на агрофизические свойства почвы.
-
Установить изменение влагообеспеченности растений под влиянием приемов минимализации обработки почвы.
-
Выявить изменение плотности сложения и структурного состояния чернозема обыкновенного.
-
Определить влияние систем обработки почвы на биологическую активность и эффективное плодородие почвы.
-
Изучить влияние приемов минимализации обработки на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.
-
Провести экономическую и биоэнергетическую оценку изучаемых приёмов обработки почвы под озимую пшеницу.
Объекты научных исследований: озимая пшеница, чернозем обыкновенный.
Предмет исследований динамика плодородия почвы, урожайность и качество зерна озимой пшеницы, способы обработки почвы, прямой посев.
Научная новизна исследований заключается в выявлении закономерностей трансформации агрофизических характеристик обрабатываемого слоя чернозема обыкновенного с использованием современных систем обработки почвы, направленных на минимализацию техногенной нагрузки. При применении технологии прямого посева доказана существенная деградация агрофизических свойств почвы чернозема обыкновенного. Показано снижение количества продуктивной влаги к моменту уборки с 31,7 мм в технологии прямого посева до 6,5 мм при вспашке. Установлено влияние приемов основной обработки почвы на обеспеченность растений нитратным азотом, подвижным фосфором и обменным калием. В технологии прямого посева доказано изменение параметров плотности сложения и структурно – агрегатного состояния почвы, проявляющаяся в формировании агрогенно уплотненного горизонта с повышением плотности до 1,46 г/см3 и увеличении доли глыбистых частиц до 45,3%. Под влиянием приемов минимализации обработки почвы установлено изменение микробиологической и ферментативной активности, выражающееся в изменении соотношения физиологических групп микроорганизмов, вследствие увеличения доли глыбистой фракции при прямом посеве. При поверхностной обработке повышалась количество агрегатов агрономически-ценной фракции, что увеличивало численность полезных микроорганизмов.
Экономическая и биоэнергетическая оценка возделывания озимой пшеницы подтвердила преимущество поверхностной обработки по сравнению с прямым посевом.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные
позволили установить новые закономерности протекания
микробиологических и физических процессов, выражающееся в активизации почвенно-микробиологических процессов (до 110 %) в агрономически ценных агрегатах при применении различных способов обработки почвы, в том числе и технологии прямого посева в условиях Центрального Черноземья на черноземе обыкновенном. В технологии прямого посева в связи с преобладанием крупноглыбистой фракции усиливались минерализационные процессы органического вещества, вследствие увеличения на 25,0% количества микроорганизмов – минерализаторов гумуса. Выявленная трансформация агрофизических признаков позволила судить о степени деградации черноземных почв региона. На основе
полученных данных разработан прогноз изменчивости агрофизических свойств чернозема при различных способах обработки. Материалы исследований могут быть использованы при разработке энергосберегающих технологий при возделывании озимой пшеницы. Проведенные исследования позволили рекомендовать производству приемы поверхностной обработки почвы, обеспечивающие получение зерна озимой пшеницы 4,42 т/га с высокими качественными показателями, условным чистым доходом 14463 руб./га при уровне рентабельности 55,0 %.
Основные защищаемые положения:
-
Изменение агрофизических свойств чернозема обыкновенного под влиянием различных способов основной обработки почвы.
-
Отсутствие обработки почвы в технологии прямого посева как фактор деградации физических свойств чернозема обыкновенного.
-
Параметры изменения показателей плодородия чернозема обыкновенного в зависимости от приемов минимализации.
-
Поверхностная обработка почвы как фактор повышения урожайности и качества зерна озимой пшеницы.
-
Экономическая эффективность приемов минимализации обработки почвы в условиях ЦЧЗ при возделывании озимой пшеницы.
Степень достоверности. Исследования проведены в течение 3 лет. Программа исследований утверждена на заседании Ученого совета НИИСХ ЦЧП. Правильность закладки и проведения полевых опытов проверялась специальной комиссией. Достоверность полученных экспериментальных данных основана на использовании большого объема фактических данных подтвержденных их анализом в соответствии с существующими методами. Результаты анализов подтверждены применением методов математической статистики.
Апробация результатов исследований проведена на международных и региональных конференциях: научно - практическая конференция Курского отделения МОО «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева», Курск, 2013; Всероссийская научно – практическая конференция «Модернизация агротехнологий в адаптивно – ландшафтном земледелии Центрального Черноземья», Каменная Степь, 2014; Всероссийская научно-практическая конференция «Аграрная наука и производство: проблемы и перспективные направления сотрудничества», Ульяновск, 2014.; Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса юга России», Майкоп, 2015; Всероссийская научно – практическая конференция «Состояние почв Центрального Черноземья России и проблемы воспроизводства их плодородия» Каменная Степь, 2015; I Международная научно-практическая Интернет-конференция «Современное экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты рационального природопользования», с. Соленое Займище, 2016; Всероссийская научно -практическая конференция с международным участием «Разработка и
внедрение почвозащитных энергосберегающих технологий – основной путь повышения рентабельности и экологической безопасности растениеводства на современном этапе», Ижевск, 2016.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 2 работы в журналах рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад соискателя в разработку и осуществления проведенных исследований составляет 85%. Им лично проведены разработка программы и выбор объектов исследований. Автором лично выполнена теоретическая часть исследований и проведены полевые работы. Соискатель лично заложил полевой опыт, проведен отбор почвенных проб на влажность, плотность, структурно – агрегатное состояние, микробиологическую и ферментативную активность почвы, учет урожая.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения (общей характеристики работы), 7 глав, выводов, рекомендаций производству, библиографического списка.
Влияние обработки почвы на засоренность посевов сельскохозяйственных культур
Наряду с накоплением влаги важная роль приемам механической обработки отводится в борьбе с сорняками, учитывая, что она всегда рассматривалась в качестве одной из главных задач системы обработки почвы во всех почвенно-климатических зонах (Роктанэн, 1965; Воробьев и соавторы, 1972). Нельзя не отметить, что практикуемые для борьбы с сорняками приемы механической обработки зачастую вступают в полное противоречие с агротехническими мероприятиями, направленными на обеспечение оптимального сложения верхнего слоя почвы. При обработке почвы или вслед за ней (без разрыва во времени) следует обеспечивать ее оптимальное уплотнение (Кириченко, 1981). В связи с этим А.М. Васильев и соавторы (1965) не без основания приходят к выводу, что оптимальная плотность почвы может быть достигнута обработкой только тогда, когда будет положительно решен вопрос борьбы с сорняками.
Многие научно обоснованные агроприемы механической обработки почвы способны не только обеспечить благоприятное для культурных растений сложение ее, но и стать действенным фактором борьбы с сорняками. Т.С. Мальцев, как известно, рекомендовал свою систему обработки почвы на площадях, свободных от сорняков (Милявский, 1956), в то же время она сама оказалась весьма эффективной в борьбе с ними (Вербин и соавторы, 1959).
Исследования 33 летнего периода показали, что различными видами основной обработки почвы можно изменять только один, но очень важный элемент плодородия каштановой почвы – засоренность посевов. Остальные элементы плодородия почвы, возможно, изменить только за счет оптимальной конструкции севооборотов, накладывая на них оптимальные виды основной обработки почвы (Кулындинская степь) (Пургин Д.В., Назаренко П.Н., 2017).
В острозасушливых условиях не изменяя продуктивность гороха, обработка почвы с оборотом пласта приводила к снижению засоренности (Гармашов В.М., Корнилов И.М., Нужная Н.А. и др., 2015).
В условиях предуральской степи Республики Башкортостан установлено отрицательное влияние Noillна продуктивность яровой пшеницы и засоренность посевов. Применение вспашки способствовало уменьшению потенциальной засоренности почвы семенными и вегетативными органами размножения сорных растений. При применении ресурсосберегающих приемов основной обработки почвы относительно вспашки наблюдалось повышение уровня засоренности посевов яровой пшеницы на 27,0–58,6 % (Адамовская М.Н., 2014).
Сторонники прямого посева много внимания уделяют вопросам образования мульчи на поверхности почвы. Термин «мульча» происходит, как полагают, от немецких слов «мягкий», «начинающий разлагаться». Мульчей, как считают Д. Джеке и соавторы (1958), может быть любой материал, который покрывает поверхность почвы и служит для подавления сорняков, предупреждения потерь воды на испарение, выравнивания температур и повышения продуктивности почв. В качестве мульчи широко используются солома и другая побочная продукция растениеводства, торф, измельченная древесная кора, отходы бумажного производства, навоз и иные органические материалы. Указанные выше авторы ставили вопрос о селекции культур, дающих большую массу мульчирующего материала. Озимая пшеница должна иметь, по мнению Р. Nordquist (1981), высокий стебель для подавления сорняков, снегозадержания и мульчирования почвы. По данным J. Debruch (1971), средняя масса сухих растительных остатков, которые могут быть использованы в качестве органических удобрений и мульчирующего материала, следующий: ботва сахарной свеклы — 7,5 т/га, солома зерновых культур — 5 т/га, пожнивный сидерат — 2,5 т/га. Масса сухих стерневых и пожнивных остатков обычно сравнительно небольшая, редко превышает 1—2 т/га. Как отмечает F. Рollаrd (1977), после уборки, например, ячменя на 1 га поверхности почвы (включая стерню, срезанную на 13 см) сохраняется всего около 1,79 т растительных остатков. По этой причине почвозащитная роль стерневых и пожнивных остатков ограничивается в основном межвегетационным периодом. В ходе предпосевной обработки и посева, а также в процессе ухода за культурными растениями потерявшая механическую прочность стерня легко измельчается и перемешивается с почвой, утрачивая, таким образом, свою почвозащитную роль. Оставление на поверхности необработанной или обработанной безотвальными орудиями почвы мульчирующего слоя растительных остатков способствует задержанию на полях снега и накоплению почвенной влаги в холодное время года, что в должной мере компенсирует, а часто и превосходит функциональную роль глубокой основной обработки. Показано (Мусохранов и соавторы, 1980), что на стерневом фоне высота снежного покрова может более чем в 2 раза превосходить его мощность в условиях отвальной вспашки. По сравнению с отвальной вспашкой плоскорезная обработка в холодное время увеличивает запас почвенной влаги на 20,0 – 30,0 % (Хабибрахманов и Долотин, 1980), а минимальная и нулевая - более чем на 60 мм (Аllen et аl., 1977). На полях Казахстана и Сибири, как отмечает А.И. Бараев (1976), по фону плоскорезной обработки с оставлением стерни на поверхности весенние запасы продуктивной влаги почвы зачастую бывают в 2 - 3 раза, а в малоснежные зимы в 3 - 4 раза выше, чем при осенней отвальной вспашке. Основной фактор интенсификации влагонакопительного эффекта почвы в условиях мульчирующих обработок — повышенная инфильтрация, которая значительно увеличивается главным образом благодаря отсутствию на поверхности почвы уплотненного слоя. Установлено, например (Аmermаn, 1977), что минимальная обработка только за счет уничтожения поверхностной корки повышает скорость инфильтрации влаги в почву на 50,0 %. Показано также значительное влияние оставленной на поверхности поля стерни на уровень водопроницаемости почвы (Yule, 1981). В опытах В. Мусохранова и соавторов (1980) при плоскорезной обработке по сравнению с отвальной вспашкой водопроницаемость почвы увеличивалась в 2,5 — 3,5 раза. Этому в большой мере способствует меньшая глубина промерзания почвы под покровом мульчирующего слоя, а также формирование капиллярных непрерывных пор вертикальной ориентации. Следует признать, что в условиях минимальной обработки содержание некапиллярных пор в верхней части почвенного профиля снижается, в результате усложняется инфильтрация мерзлых почв во время таяния снега. В этом случае продолжают действовать так называемые проторенные пути инфлюкции, представленные в почве главным образом ходами дождевых червей, численность и масса которых при минимальной обработке заметно увеличиваются. На первом этапе освоения этой технологии (особенно на склонах) эффективным бывает и щелевание.
Соломенная мульча, оставляемая на поверхности почвы при прямом посеве, повышает полевую всхожесть, сохранность и выживаемость яровой пшеницы, но выделяет аллелопатические вещества и оказывает ингибирующее действие на проростки и молодые растения яровой пшеницы. Это явление подтверждается тем, что на вариантах с соломенной мульчей всходы пшеницы имеют бледно зелёный или даже желтоватый (хлорозный) цвет (Бакаева Ю.Н., 2015). Отмечается задержка в появлении всходов озимой пшеницы на 2 дня (Матвеев А.Г., 2015).
Технология прямого сева, наряду с изменением физических параметров почв, приводит к увеличению засоренности посевов (Шевченко Н.В., Лебедь Е.М., Пивовар Н.И., 2015; Карпец В.В., 2015; Рыжих Л.Ю., 2016). При этом это в большей степени касается однолетних сорняков (Бакаева Ю.Н., 2015). При внедрении технологий нулевой обработки почвы необходимо учитывать большой комплекс проблем (Пыхтин И.Г., Гостев А.В., 2012).
Результаты исследований свидетельствуют о значительном увеличении засоренности посевов по мере минимизации обработки почвы независимо от фона химизации. Без применения удобрений биомасса сорняков на “нулевом” фоне обработки увеличилась в сравнении с соответствующим фоном вспашки в 2,8 раза, при комплексной химизации - в 2,6 раза. Только в надземной фитомассе сорных растений при “нулевой” обработке почвы азота содержалось на 10—15 кг/га больше, чем при ежегодной вспашке (Власенко А.Н., Шарков И.Н., Синещеков В.Е. и др., 2001). По данным В.Г. Холмова (1990), полученным в южной лесостепи Западной Сибири, по мере минимизации обработки почвы вынос азота сорняками в агрофитоценозе возрастает в 2 раза и составляет 27 кг/га. Таким образом, если различия в потенциальной минерализации углерод- и азотсодержащих соединений почвы между крайними вариантами обработки (вспашка - “нулевая”) составляют только 10,0-12,0 %, то разница в засоренности их посевов в 2-2,5 раза больше. Отсюда можно заключить, что именно засоренность посевов (а не различия в минерализации органического вещества почвы) выступает в качестве фактора, способного существенно ухудшить азотное питание растений при минимальных способах обработки почвы. Ежегодно поглощая значительную долю минерального азота, сорняки сдерживают и нисходящую миграцию нитратов по профилю почвы, что спустя много лет и приводит к значительно меньшему их содержанию в почвенной толще на минимальных фонах в сравнении со вспашкой (Власенко А.Н., Шарков И.Н., Синещеков В.Е., Прозоров А.С., 2001).
Минимализация основной обработки почвы (замена отвальной обработки на безотвальное рыхление, мелкую обработку почвы или предпосевную минимальную обработку, совмещенную с посевом) способствует увеличению численности сорных растений в посевах сельскохозяйственных культур, в том числе корнеотпрысковых (Трофимова Т.А., 2014).
В опытах Я.Д. Яникова проведенных в Саратовском ГАУ при отвальной вспашке посевы пшеницы были засорены меньше по сравнению с другими вариантами на 51,6–70,9 %. Самая сильная засорённость отмечена при нулевой обработке. Она превышала по числу сорняков вспашку в 3 раза и более.
Влияние обработок почвы на плотность сложения чернозема обыкновенного
Плотность сложения является одним из важных составляющим физических показателей плодородия почв. Оптимальная величина равновесной плотности для основных подтипов пахотных черноземов составляет 1,10–1,25 г/см3 в тяжелосуглинистых и 1,0 - 1,20 г/см3 в легкоглинистых разновидностях, что обусловливает оптимальные или близкие к ним показатели других физических свойств (Кузнецова И.В., Уткаева В.Ф., Бондарев А.Г., 2014). Нижние пределы названных диапазонов оптимальной плотности необходимы для более требовательных к плотности сложения пропашных культур и особенно корнеплодов, а также для условий повышенного увлажнения. Верхние пределы плотности оптимальны для менее требовательных к этому показателю зерновых культур сплошного сева и условий пониженного увлажнения (Бондарев А.Г., 1994).
Создание оптимальной плотности пахотного слоя – важнейший прием повышения урожайности. По данным С.Н. Тайчинова, оптимальная плотность пашни дает следующую прибавку урожая в сравнении с излишне уплотненными почвами: яровая пшеница 1,5, просо 2,5, кукуруза на силос 25–40, сахарная свекла 8–10, картофель 1,5 т/га. На основе изучения почв Предкавказья установлено, что максимальные урожаи сельскохозяйственных культур получают на черноземах с плотностью в горизонте АВ порядка 1,30– 1,35 при других оптимальных показателях почвенных свойств. Поэтому граница оптимальных значений плотности нижней толщи почвы определяется величиной 1,35. Последовательное увеличение плотности почвы ведет к постепенному снижению урожайности. Обычно увеличение плотности почвы в ее корнеобитаемом слое на 0,1 снижает урожай зерновых культур на 10,0–15,0 % (В.Ф. Вальков, Т.В. Денисова, К.Ш. Казеев и др., 2008)
Анализ полученных экспериментальных данных показывает на значительный разброс значений плотности сложения чернозема обыкновенного в зависимости от способов основной обработки почвы. При этом средние значения были близки к оптимальным, но их варьирование имело существенные различия. Отмечается также значительный разброс плотности сложения между минимальными и максимальными значениями. Более плотное состояние почвенного профиля на вариантах без оборота пласта нами было отмечено морфологически при морфогенетическом описание почвенных разрезов. Главной особенностью при анализе данных по плотности сложения чернозема обыкновенного в зависимости от способов обработки почвы, на которой необходимо заострить внимание, является следующее. Во-первых, отмечается наличие агрогенно - уплотненного горизонта в подпосевном почвенном слое, наиболее отчетливого проявляющегося в варианте прямого посева и поверхностной обработке. Во-вторых, вследствие этого можно отметить формирование на этих вариантах уплотненных почвенных горизонтов с плотностью близкой к верхней границы оптимальных значений. При этом максимальные значения часто находятся выше критических значений.
Определение плотности сложения чернозема обыкновенного, проводилось нами в два срока - после возобновления весенней вегетации и в фазу спелости. В ранневесенний период (возобновление весенней вегетации) значения плотности сложения имели меньшие показатели по сравнению с периодом уборки. Обработка почвы с оборотом пласта (вспашка) способствовала формированию посевного и обрабатываемого слоя с минимальными значениями. В горизонте 0-10 см плотность сложения равнялась 0,98±0,057 г/см3 (рис. 8). Равновеликие значение отмечены при поверхностной и безотвальной обработкам - 1,00±0,114 г/см3 и 0,99±0,067 г/см3 соответственно. При технологии прямого сева происходит повышение плотности сложения до более высоких значений - 1,08±0,143 г/см3. При этом максимальные значения достигают критических величин в 1,36 г/см3, что намного выше других способов обработки почвы.
В горизонте почвы 10-20 см плотность сложения при прямом посеве достигала значений 1,22±0,021 г/см3, что превышает аналогичные показатели по вспашке на 0,13 г/см3, по безотвальной и поверхностной на 0,05 и 0,09 г/см3 соответственно. В подпахотном горизонте сохраняется такая же закономерность с формированием более высоких показателей плотности при технологии прямого посева. Наряду с этим в этом случае намечается формирование агрогенно-уплотненного горизонта, который более контрастно проявляется в поздние фазы развития растений.
В верхнем посевном горизонте почвы (0-10 см) в фазу спелости наименьшие средние показатели плотности отмечены при безотвальном и поверхностном (дискатору) способе. Они равнялись соответственно 1,09±0,107 и 1,06±0,124 г/см3 (рис. 9). Близкие значения отмечены и по вспашке (1,1±0,052 г/см3). Таким образом, по этим обработкам почвы значение плотности находились в нижней части границы оптимальных значений. Исключение механических обработок пахотного слоя чернозема из цепи технологических операций приводило к заметному увеличению плотности до 1,24±0,028 г/см3. Эти значения были близки к верхней границе оптимальных значений. Отмечены серьезные различия в варьировании интервала min-mаx значения. Минимальный интервал характерен для варианта со вспашкой. В этом случае значение min равнялось 1,02 г/см3, mаx – 1,16 г/см3, т.е. интервал различий равнялся 0,14 г/см3. Более существенные различия свойственны технологиям безотвальной и поверхностной обработке почвы, в том числе и прямому посеву. На безотвальной обработке разброс значений составил от 0,95 до 1,27 г/см3 (0,32 г/см3), по дискатору от 0,85 до 1,24 г/см3 (0,39 г/см3), и при технологии прямого сева от 1,08 до 1,41 г/см3 (0,32 г/см3). При этом по вспашке 50,0 % значений находилось в интервале 1,07-1,15 г/см3, по безотвальной обработке – 1,03-1,15 г/см3, по дискатору – 0,98-1,15 г/см3, прямой посев – 1,14-1,31 г/см3 (Прил. 4, 5).
Таким образом, на варианте с оборотом пласта складываются условия для формирования более гомогенносложенного слоя.
В нижележащих горизонтах почвы происходит естественное увеличение плотности сложения обрабатываемого слоя почвы. Наибольший скачок в изменении плотности отмечен при поверхностном способе обработки. В слое 10-20 см по сравнению с вышерасположенным горизонтом увеличение составило 0,18 г/см3 при абсолютном среднем значении 1,24±0,15 г/см3. Обработка почвы с оборотом пласта не вызывало столь резких изменений и значения плотности двух соседних горизонтов (0-10 и 10-20 см) были близки – 1,10±0,015 г/см3 и 1,15±0,10 г/см3. При безотвальном способе основной обработки увеличение плотности было более заметным. Среднее значение изменилось от 1,09±0,11 г/см3 (слой 0-10 см) до 1,18±0,11 г/см3. Максимальные значения плотности сложения в горизонте 10-20 см были характерны для технологии прямого сева. Она равнялась 1,30±0,11г/см3, что существенным образом отличается от остальных обработок. Различия по сравнению со вспашкой составили 0,2 г/см3, безотвальной обработкой 0,12 г/см3 и поверхностной 0,06 г/см3. По степени увеличения минимальных и максимальных значений способы обработки почвы можно расположить в следующий ряд: вспашка - min =0,98, mаx=1,27 г/см3; безотвальная - min=0,99, mаx=1,33 г/см3, поверхностная -min=1,01, mаx=1,48 г/см3, нулевая- min=1,1, mаx=1,46 г/см3.
Более высокие значения плотности сложения чернозема обыкновенного в технологиях, исключающих оборот пласта, были характерны и для подпахотного горизонта. Средние значение по вспашке в слое почвы 20-30 см составили 1,16±0,149 г/см3, по безотвальной и поверхностной увеличивались до 1,25±0,043 г/см3 - 1,26±0,135 г/см3 и нулевой – 1,22±0,108 г/см3. В горизонте 30-40 см соответственно 1,24±0,093 г/см3, 1,32±0,109 г/см3, 1,26±0,048 г/см3 и 1,28±0,078 г/см3.
Доступный фосфор
Одним из наиболее важных элементов зольного питания растений является фосфор. Часто, даже на черноземах, имеющих высокие потенциальные запасы фосфора, недостаток доступных растениям форм, снижает урожайность сельскохозяйственных культур.
Внесение фосфорных удобрений обеспечивает стабильное повышение содержания подвижного Р2О5 в почве. По данным И.Б. Годунова (1979) и Р.Ф. Макарова (1990) для повышения обеспеченности типичного и обыкновенного черноземов подвижным фосфором на 10 мг/кг почвы необходимо внесение 75-80 кг/га Р2О5 с фосфорными удобрениями.
Повысить обеспеченность почв и, в конечном итоге растений, доступным фосфором за счет его перевода из валовых трудноусвояемых форм в легкодоступные можно не только внесением минеральных удобрений. Интенсивность минерализации органического фосфора можно повысить агротехническими приемами, оказывающими значительное влияние на биохимическую активность почвы (Пупонин А.И., 1984).
При разложении гумуса и других, органических фосфоросодержащих веществ водорастворимый фосфор в почве не накапливается, а аккумулируется в результате физико-химического, химического и биологического поглощения. Органические фосфаты становятся доступными для растений лишь после минерализации органических веществ. Содержание органических фосфатов в почвах с высоким содержанием гумуса может быть больше, чем содержание в них неорганических соединений фосфора. Усвояемость органических фосфатов растениями низкая и в питании фосфорная кислота органических фосфатов принимает участие лишь после ее отщепления (Панников, Минеев, 1987).
В почве содержание органических фосфатов больше в верхних, богатых гумусом горизонтах, чем в нижних. Однако процент фосфора в гумусе, по данным Почвенного института, в нижних горизонтах больше, чем в верхних (Хейфец, 1948).
Проведенные исследования влияние различных способов обработки почвы на обеспеченность доступным фосфором выявили определенные закономерности. В среднем в слое почвы 0-40 см в течение вегетации содержание фосфора было довольно стабильным. Но, несмотря на это все, же можно отметить некоторые особенности в обеспечении растений подвижным фосфором, в том числе профильное изменение.
В течение всей вегетации максимально высокие показатели отмечены на безотвальном способе основной обработки почвы. В период возобновления весенней вегетации в среднем в слое 0-40 см количество подвижных фосфатов равнялось 57,0 мг/кг, что на 1,8 – 15,8 мг/кг выше других вариантов. Ежегодная отвальная обработка обеспечивала примерно равное количество подвижного фосфора – 55,2 мг/кг (табл. 7). Использование дискатора снижала количество доступного фосфора до 44,1 мг/кг почвы. Минимальное количество свойственно варианту с технологией прямого посева – 41,2 мг/кг почвы.
Приемы основной обработки с различным характером агрогенного воздействия во многом обусловили различное распределение по почвенным слоям органических остатков и агрофизического состояния, что отразилось на доступности элементов минерального питания корням растений.
Приемы основной обработки без оборачивания и перемешивания слоев почвы привели к расположению подвижных фосфатов преимущественно в верхней части пахотного слоя. В верхнем слое почвы 0-10 см во время возобновления весенней вегетации (ВВВВ) безотвальная обработка способствовала повышению концентрации фосфатов до 71,3 мг/кг. По сравнению с технологией прямого сева разница составила 21,8 мг/кг. При этом максимальные значения содержания подвижного фосфора характерно для варианта со вспашкой. На этом варианте обработки почвы отмечается создание более гомогенного 0-20 см слоя почвы по этому показателю. Отмечается боле плавное снижение профильного изменения содержания доступного фосфора по сравнению с другими приемами обработки.
Отличительной особенностью вегетационной динамики обеспеченности растений доступным фосфором является его постепенное увеличение от начальных этапов развития к уборке. При этом менее обеспеченным доступным фосфором был вариант с применением технологии прямого посева. Так концентрация фосфатов в слое 0-40 см изменялась в следующей последовательности 41,2 мг/кг (ВВВВ) – 59,3 (трубкование) – 65,9 (колошение) – 50,5 мг/кг (уборка).
Также как и в начале вегетации, безотвальная обработка формировала более высокую вегетационную обеспеченность растений подвижным фосфором. И максимально высокие значения отмечены в верхнем 0-10 см слое почвы.
Более глубокая обработка на варианте со вспашкой приводит к перераспределению питательных элементов по почвенному профилю. Изменение концентрации фосфатов от верхних слоев почвы к нижним происходит более равномерно.
Таким образом, показано, что системы основной обработки почвы по-разному влияли на питательный режим почвы и обрабатываемые слои в посевах озимой пшеницы. Большее количество элементов питания находилось в слоях 0-10 см и 10-20 см, меньшее - в слое 20-40 см.
При минимизации обработок наблюдали четкую закономерность дифференциации частей пахотного слоя почвы по содержанию подвижного фосфора. Это объясняется тем, что при отвальных обработках вследствие перемешивания верхней, средней и нижней частей пахотного слоя создается относительно равномерный по содержанию элементов питания корнеобитаемый слой. При безотвальных системах такого не происходит, поэтому фосфор, поступавший из удобрений и растительных остатков, накапливался в основном в слое 0-10.
Влияние обработки почвы на урожай и качество зерна озимой пшеницы
Озимая пшеница является одной из важнейших зерновых продовольственных культур, имеющая первостепенное стратегическое значение и в значительной степени определяющая продовольственную безопасность страны. Ее зерно используется в хлебобулочной, макаронной, кондитерской промышленности при производстве продуктов питания.
Продуктивность озимой пшеницы определяется влиянием целого ряда факторов. В первую очередь к ним можно отнести сортовые особенности и качество семенного материала, минеральные удобрения, севооборот, стимуляторы роста, борьба с сорняками, вредителями и болезнями. Существенное место в повышении продуктивности культуры занимают способы основной обработки почвы.
Результаты наших исследований показывают на зависимость продуктивности от изучаемых факторов. Она определялась особенностями метеорологических условий года, агрофизических параметров почвы, влагообеспеченности растений влагой и элементами питания. В период проведения исследований сочетания указанных факторов было различным. В результате урожай зерна различался по годам исследований и вариантам опыта.
Приемы минимализации основной обработки почвы оптимизируют параметры физического состояния почвы, влагообеспеченности, обеспеченности элементами минерального питания (Гармашов, В.М., 2015). Биохимические процессы способствуют росту урожайности. В среднем за годы проведения исследований максимальный сбор зерна с единицы площади обеспечивал вариант с поверхностной обработкой почвы дискатором – 4,42 т/га (табл. 9). Обработка почвы с оборотом пласта (вспашка) уступала в этом отношении поверхностной обработке, и сбор зерна составил 4,09 т/га. Близкое значение отмечено по безотвальной обработке – 4,03 т/га.
Технология прямого посева, приводя к деградационным изменениям обрабатываемого слоя, не способствует повышению продуктивности озимой пшеницы. Как отмечалось выше, в этом случае повышается плотность чернозема до критических значений, доля глыбистой фракции составляет более 40,0%. Очень напряженно складывается при этом режим увлажненности. Урожайность в технологии прямого посева составила всего 3,67 т/га, что на 0,75 т/га уступает поверхностной обработке.
Таким образом, применение технологии прямого посева на черноземах обыкновенных тяжелого гранулометрического состава не способствует росту урожайности зерна озимой пшеницы. Это обусловлено ухудшением практически всех основных показателей плодородия, снижением активности биохимических процессов, уменьшением накопления в почве доступных форм макроэлементов, что ухудшало питание культуры.
В условиях недостаточного атмосферно увлажнения максимальную урожайность обеспечил вариант с поверхностной обработкой дискатором. Это связано с созданием в этом случае наиболее оптимальных условий корневого питания растений озимой пшеницы.
Известно, что качество зерна определяется такими основными признаками, которые можно разбить на три группы:1) физические - натурный вес, масса 1000 зерен, стекловидность, форма и размер зерна, удельный вес; 2) химические - содержание белка, клейковины, крахмала, клетчатки, растворимых углеводов, витаминов, каротиноидов; 3) технологические и хлебопекарные свойства пшеницы.
В опыте изучалось влияние вспашки, поверхностной обработки (дискатор), прямой посев и безотвальной обработки почвы на физические, химические, технологические и хлебопекарные свойства ценной пшеницы сорта Губернатор Дона.
Разные способы обработки почвы не оказали влияния на физические признаки зерна, так масса 1000 зерен была невысокой и находилась в пределах 32,3 – 34,0 граммов. При оценке качества зерна определение натуры зерна заслуживает особого внимания из-за простоты анализа и возможности его цифрового выражения. Варьирование натуры было незначительным и составило всего лишь 5 г/литр, причем минимальная натура 772 г/л отмечена на варианте с безотвальной обработкой почвы, а максимальная 777 г/л – поверхностная обработка. С показателем стекловидность зерна связывают особенности химического состава, физико-химические и технологические свойства зерна. К числу основных факторов, определяющих стекловидность, относятся: погодно-климатические условия, состав удобрений, сортовые особенности. По общей стекловидности и количеству полностью стекловидных зерен на всех вариантах опыта отмечены незначительные различия, и отвечало требованиям, предъявляемым к ценным пшеницам (таблица 10).
Седиментация (набухаемость) муки, определяется двумя факторами -качеством клейковины и ее содержанием. Этот показатель характеризует качество муки в целом и является показателем качества зерна, он хорошо коррелирует с основными свойствами зерна и считается наиболее объективным показателем качества зерна.
Рядом авторов, установлено, чем выше показатель седиментации, тем выше качество зерна анализируемого образца. Для сильных пшениц этот показатель должен быть не ниже 40 мл, а для сверх сильных пшениц - выше 60 мл. Результаты нашего опыта показывают, что минимальный (49 мл) показатель седиментации получен на варианте с прямым просевом, что коррелирует с минимальным содержанием белка в зерне (12,6 %), а также сырой клейковины в зерне (25,8 %). Явное преимущество по химическим свойствам зерна отмечено на вариантах вспашка и безотвальная обработка, где показатель седиментации и содержание белка в зерне было на одном уровне. При безотвальной обработке почвы отмечено небольшое преимущество (на 0,6 %) содержания сырой клейковины и качества клейковины в зерне (на 6 ед. ИДК) (табл.11).
Определение физических свойств теста осуществляли на альвеографе Шопена и валориграфе. Альвеограмма показывает следующие данные: удельную работу деформации теста как обобщающий показатель, характеризующий силу муки (еа), упругость теста (Р), растяжимость теста (L), отношение упругости теста и его растяжимости (Р/L) - указывает на степень сбалансированности этих основных показателей физических свойств и позволяет предугадать поведение теста в процессе брожения.
Принято считать, что сильная пшеница должна иметь силу не менее 280 еа, слабая - до 200. Отношение упругости к растяжимости у сильной пшеницы составляет 0,8-2,0, у слабой - 0,5. Сила муки на вариантах вспашка и безотвальная обработка отвечала требованиям, предъявляемым к зерну сильных пшениц, и составляла соответственно 344 и 299 еа. Упругость теста была невысокой, на варианте ноу-тилл соответствовала слабой пшенице (57мм), а на вариантах вспашка, дискатор, безотвалка- удовлетворительный филлер (61,2-68,4 мм). Лучшая сбалансированность физических свойств теста (0,81) отмечена при обработке почвы дискатором (табл. 12).
Исследование физических свойств теста на валориграфе основано на определении его сопротивления механическому воздействию лопастей тестомесилки во время замеса до определенной консистенции. Полученная при этом фаринограмма характеризует продолжительность образования теста от начала замеса до точки достижения полного развития, устойчивость (в минутах) от момента достижения полного развития до начала снижения кривой, сопротивляемость (в минутах) от начала замеса до начала снижения кривой, разжижение, которое измеряется в единицах прибора (еф) по расстоянию между линией максимальной консистенции теста в момент его образования и линией, соответствующей консистенции теста при окончании замеса. Кроме того, при помощи валориграфа определяется водопоглотительная способность муки, т.е. количество воды, которое необходимо добавить в муку для получения теста нормальной консистенции (для сильной пшеницы она может быть до 75,0 %, для слабой - около 50,0 %). Обобщающим показателем физических свойств теста при испытании на валориграфе является валориметрическая оценка. Чем выше показатель валориметра, тем лучше качество муки.