Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 6
1.1. Действие разных систем обработки на содержание гумуса, агрофизические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур 6
1.2. Влияние разных систем удобрений на содержание гумуса, агрофизические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур 27
1.3. Действие гербицидов на содержание гумуса, агрофизические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур 33
Глава II. Условия и методика проведения исследований 35
2.1. Характеристика почвенного покрова 35
2.2. Метеорологические условия в годы исследований 36
2.3. Схема и условия проведения полевого стационарного многофакторного опыта 38
2.4. Методика полевых и лабораторных исследований 42
Глава III. Влияние различных по интенсивности систем обработки дерно во-подзолистой глееватой среднесуглинистой почвы, удобрений и гербицидов на содержание гумуса, агрофизические показатели плодородия, урожайность полевых культур, экономическую и энергетическую эффективность технологий 44
3.1. Изменение содержания гумуса в почве пахотного слоя под действием систем обработки, удобрений и гербицидов 44
3.2. Влияние разных систем обработки, удобрений и гербицидов на агрофизические свойства почвы 54
3.2.1. Изменение структурного состояния почвы 54
3.2.2. Изменение влажности почвы 115
3.2.3. Изменение твёрдости почвы 122
3.2.4. Изменение плотности почвы 130
3.3. Влияние различных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов на урожайность полевых культур 136
3.4. Взаимозависимость агрофизических показателей почвы и их связь с урожаем 141
3.5. Экономическое и энергетическое обоснование перспективных технологий 143
Выводы 145
Предложения производству 148
Список литературы
- Влияние разных систем удобрений на содержание гумуса, агрофизические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур
- Действие гербицидов на содержание гумуса, агрофизические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур
- Схема и условия проведения полевого стационарного многофакторного опыта
- Влияние разных систем обработки, удобрений и гербицидов на агрофизические свойства почвы
Введение к работе
На современном этапе главными задачами земледелия необходимо считать повышение плодородия и эффективное его использование, а также увеличение урожайности и качества производимой продукции.
Задачи повышения продуктивности и устойчивости земледелия должны решаться комплексно в рамках современных адаптивно-ландшафтных систем земледелия, которые наряду с воспроизводством плодородия почвы и защитой её от эрозии обеспечивают сохранение агроландшафтов и экологическую чистоту среды обитания человека (В.Г. Лошаков, 2006).
В этой связи, перед учёными стоит главная задача, заключающаяся в разработке научно-обоснованных систем земледелия, адаптированных к различным агроландшафтам. При этом особое внимание стоит уделить физическим свойствам почвы, так как в настоящее время особенно остро стало ощущаться их ухудшение, выразившееся в уменьшении плодородия, а соответственно, и снижении в урожайности большинства полевых культур. Это обусловлено тем, что физические свойства почв являются проявлением сущности протекающих в почвах процессов, критерием их плодородия или деградации. Механические элементы и структурные отдельности почв являются матрицей, на которой протекают все физико-химические процессы, развитие корневых систем, поглощение ими элементов минерального питания. Оптимальное использование почвы потребует в ближайшее время не только всемерного улучшения её физических свойств в условиях принятой системы земледелия, но и предвидения их на перспективу.
Поэтому оптимизация физических условий является весьма актуальной. Она становится невозможной без повышения содержания органического вещества.
Для Нечерноземной зоны нами была разработана и предложена к освоению система поверхностно-отвальной обработки дерново-подзолистых почв, способствующая по результатам наших исследований улучшению их свойств.
5 Недостаточная изученность данной системы на дерново-подзолистых глеева-тых почвах придаёт актуальность нашей работе.
В связи с этим, целью наших исследований мы считаем изучение роли разных по интенсивности систем обработки почвы, удобрений и систем защиты культур от сорняков в изменении физических свойств глееватой среднесугли-нистой почвы, их экологичности для разных условий земледелия в Центральном районе Нечерноземной зоны России.
Задачами исследований были определение:
Динамики содержания гумуса;
Динамики агрофизических показателей:
структуры почвы и её водопрочности,
влажности почвы,
твёрдости почвы,
плотности почвы;
Электрокинетического потенциала почвенных отдельностей;
Уровня урожайности полевых культур;
Экономической и энергетической эффективности перспективных технологий.
Исследования проводились в многолетнем 3-х факторном стационарном полевом опыте кафедры земледелия ФГОУ ВПО ЯГСХА в 2003-2006 гг.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой работ РАСХН, Федеральной целевой программой Минсельхоза России «Плодородие» и перспективным планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО ЯГСХА «Разработка научных и технологических основ адаптивно-ландшафтных систем земледелия для Центрального района Нечерноземной зоны России».
Выражаем благодарность коллективу кафедры земледелия за содействие в выполнении исследований, а также кандидату химических наук, специалисту по коллоидной химии, доценту кафедры агрохимии ФГОУ ВПО ЯГСХА Красо-тиной Татьяне Сергеевне.
Влияние разных систем удобрений на содержание гумуса, агрофизические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур
Природные источники поступления питательных веществ (в форме корневых и пожнивных остатков, опада и корневых выделений, осадков, азотфик-сации симбиотических и свободноживущих микроорганизмов) на современном этапе развития земледелия не компенсируют отчуждение элементов питания с урожайностью полевых культур и тем более не пополняют их запасы. Использование же органо-минеральной системы удобрений позволяет компенсировать этот вынос, создаёт благоприятные условия для воспроизводства почвенного плодородия, повышает урожайность (И.Н. Листопадов, И.М. Шапошников, 1984).
Элементы питания, поставляемые в почву вместе с удобрениями, существенно влияют на протекание в почве физических, химических и биологических процессов, которые в значительной мере обусловлены содержанием гумуса.
Так СО. Канзыва (2000), исследуя динамику гумуса на дерново подзолистой тяжелосуглинистой почве за 33-50 лет на вариантах без удобре ний, констатировал снижение его на 16 %. Похожие результаты были получены Р.Г. Хасбиулиным, Л.Н. Закировой (1997) на лугово-бурых оподзоленных поч вах Приморского края. -
Согласно И.Ф. Храмцову и Н.Ф. Кочегарову (1999), в Южной лесостепи Западной Сибири применение минеральных удобрений поддерживает более высокое содержание гумуса в почве, связанное с большим поступлением послеуборочных остатков.
Использование дерново-подзолистых почв в интенсивном севообороте без удобрений приводит к резкому ухудшению их физических и химических свойств (Г.А. Мазур, А.В. Барвинский, 1993).
Положительную роль минеральных удобрений в улучшении физических свойств дерново-подзолистой почвы в своих работах отмечали 3. Тюгай и др. (2005).
A.M. Лыков (1982) считал, что минеральные удобрения (в основном в небольших дозах) улучшают физические свойства почвы. Их положительное действие объясняется повышением урожайности и дополнительным поступлением растительных остатков.
Систематическое применение минеральных удобрений определяет тенденцию к увеличению твёрдости пахотного слоя почвы, а минеральных на фоне навоза- к её уменьшению (Г.А. Мазур, А.В. Барвинский, 1993).
Минеральные удобрения в исследованиях А.А. Алфёрова и А.Ф. Сафонова (2002) на дерново-подзолистых почвах длительного опыта ТСХА способствовали укрупнению структурных комочков под озимой рожью и клевером. Подобную динамику в своих исследованиях отмечали И.К. Хабиров и др. (1995) на серых лесных почвах Башкирии.
Д.А. Шаронов и Б.И. Загоруйко (1991) утверждали, что внесение удобрений повышает влажность почвы и снижает её плотность. Такого же мнения придерживаются Б.А. Смирнов и СВ. Щукин (2005). А в исследованиях А.И. Пупонина (1984) внесение минеральных удобрений способствовало увеличению показателя оптимальной объёмной массы на 0,1-0,2 г/см3.
Однако, при применении только минеральных удобрений, хотя и увеличивается урожай биомассы и поступление её в почву, полной компенсации потребляемого растениями азота не происходит. Поэтому в этом случае баланс органического вещества неизбежно отрицательный (A.M. Лыков, 1988).
По данным Л.А. Лебедевой (1984), под влиянием систематического применения больших доз минеральных удобрений ухудшаются физические свойства тёмно-серой лесной слабооподзоленной суглинистой почвы. Высокая эффективность полного минерального удобрения сохраняется и на дерново-подзолистых почвах при ухудшении их физических свойств, но только для небольшого числа культур, устойчивых к кислой реакции среды.
В связи с этим, органо-минеральная система удобрений оптимизирует агрофизические показатели почвы (Т.В. Лаломова, 2002). Это, по мнению А.Ф. Сафонова (1998), связано с увеличением органического вещества в почве, что приводит к её разуплотнению. При совместном внесении органических и минеральных удобрений улучшаются физические свойства почвы, усиливаются микробиологические процессы, увеличивается поглотительная способность, снижаются потери питательных веществ и в результате улучшаются условия питания.
Действие гербицидов на содержание гумуса, агрофизические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур
Общая площадь земельных угодий Ярославской области, находящихся в пользовании сельскохозяйственных предприятий, 3102 тыс. гектар, из них под пашней - 809,1 тыс. га (26,1 %), сенокосами - 147,4 тыс. га (4,8 %), пастбищами -218,5 тыс. га (7,0 %), лесами - 1628,2 тыс. га (52,5 %). Из общей площади земельных угодий только 45,9 % земель можно отнести к почвам нормального увлажнения, остальные отличаются разной степенью переувлажнения.
Территория Ярославской области располагается в Центральной таежно-лесной почвенно-биоклиматической области южно-таежной подзоны и относится к среднерусской провинции дерново-подзолистых средне-гумусированных почв.
Опыт кафедры земледелия был заложен на опытном поле ФГОУ ВПО ЯГСХА на части бывшей земельной территории СП «Молот» Ярославского района Ярославской области, землепользование которого расположено на стыке двух геоморфологических районов - западной части Ярославско-Костромской низины и в Центральном районе равнины основной морены.
Юго-восточная часть предприятия, где располагается опыт, представляет собой пониженную слаборасчленённую равнину, часто имеющую форму низины. Ее характеризует плоский рельеф, слабоврезанные петляющие реки, наличие значительных площадей избыточно увлажнённых почв.
Сам опыт располагается на выровненном участке, имеющем небольшой уклон в одностороннем направлении.
Почва опытного участка дерново-среднеподзолистая глееватая средне-суглинистая на карбонатной морене. Эти почвы формировались в условиях временного избыточного увлажнения.
В Ярославской области площадь пашни под такими почвами равна 131,6 тыс. га, что составляет 16,3 % от общей площади пахотных угодий.
Опыт заложен на выведенной из оборота участке - 10-12-летней залежи в сильной степени засорённой многолетними сорными растениями, особенно пыреем ползучим, осотом полевым, бодяком полевым из-за избыточного увлажнения и несвоевременной обработки.
Почва опытного участка дерново-среднеподзолистая глееватая средне-суглинистая на карбонатной морене (прил. 1). В годы исследований почва пахотного горизонта в среднем содержала: гумуса - 2,6 %, легкодоступного фосфора - 224,7 мг/кг почвы, обменного калия - 76,5 мг/кг почвы.
По основным климатическим факторам, определяющим условия роста и развития полевых культур, климат места расположения опыта характеризуется умеренно-холодной зимой и умеренно-теплым и влажным летом с ясно выраженными сезонами весны и осени.
По многолетним данным сумма положительных температур выше 10 С составляет 1800-1900 С, длительность этого периода 121-129 дней. Сумма положительных температур выше 15 С составляет 1200-1300 С, длительность периода - 59-76 дней. Средняя дата последнего заморозка - весной 12 мая. Средняя дата первого заморозка - осенью 16 сентября. Продолжительность безморозного периода 124-141 день.
В данном районе наблюдается избыточное увлажнение. Сумма осадков за год в среднем составляет 575 мм. Сумма осадков за период с температурой выше 10 С - 250-300 мм, ГТК - 1,4-1,6.
Первый снег появляется в сентябре, устойчивый снежный покров в среднем образуется 22-26 ноября. Высота снежного покрова в среднем по годам составляет 30-35 см. Во второй декаде марта снег сильно уплотняется, начинает таять и к концу марта его практически не бывает. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет 150-160 дней.
В холодный период года преобладает северо-западный перенос воздушных масс, а с апреля по сентябрь 35-45 % времени наблюдаются южные и юго западные ветра.
Характеристика метеорологических условий в период проведения исследований представлена в таблице 1.
В 2003 году период вегетации озимой ржи характеризовался в отличие от среднемноголетних данных обильными осадками, особенно в мае, июне и августе, где превышение количества осадков над среднемноголетними оказалось, соответственно, в 1,3; 1,6 и 2,4 раза больше, что вызвало полегание культуры. В июле месяце наблюдалась сухая и теплая погода. Температура воздуха в остальные месяцы исследований была близка к среднемноголетней. В 2003 году создались благоприятные условия для перезимовки озимой ржи.
В начале вегетационного периода 2004 года (апрель-май) наблюдались обычные по температурным показателям условия, но осадков выпало на 50 % больше, что обусловило невозможность посева однолетних трав в срок. В целом же тепловые значения данного года были практически сходны со средне-многолетними, однако поздний посев вико-овсяной смеси определил не слишком благоприятные условия вегетации, которая пришлась на конец лета - начало осени, характеризующиеся недостаточным количеством тепла.
Период вегетации ячменя в 2005 году в апреле, мае, июле и августе характеризовался несколько повышенными температурами в сравнении с многолетними данными, особенно в начале августа. В первые месяцы вегетации (апрель-май-июнь) отмеченное суммарное количество осадков было на уровне среднемноголетних значений. Однако повышенная температура усугубила положение. В июле и августе наблюдалось меньшее количество атмосферных осадков при повышенной температуре воздуха в сравнении со среднемноголет-ними данными. Это отрицательно повлияло на формирование урожайности ячменя. 2006 год характеризовался некоторым повышением температуры в сравнении со среднемноголетними данными. В начале и в конце вегетационного периода сумма осадков была несколько больше среднемноголетних данных. В середине вегетации (июнь-июль) отмечалось снижение количества атмосферных осадков на 37 и 49 мм, соответственно.
Таким образом, за период проведения исследований, погодные условия вегетационных периодов были достаточно контрастными: 2003 и 2004 годы характеризовались избыточным количеством осадков, 2005 и 2006 годы были с меньшим количеством атмосферных осадков при повышенной температуре в сравнении со среднемноголетними данными.
Схема и условия проведения полевого стационарного многофакторного опыта
Результаты обзора научной литературы свидетельствуют о неоднозначном влиянии разных систем обработки почвы в условиях нормального увлажнения. Например, отмечается, что применение ежегодной отвальной обработки способствует ускорению разложения гумуса в связи с увеличением аэрации почвы. Системы минимальной обработки приводят к ослаблению этих процессов.
Наши исследования, проведённые в условиях глееватых почв, свидетельствуют о различной динамике содержания гумуса по изучаемым системам обработки.
Так, в 2003 году по фону «без удобрений» содержание гумуса на 3-й год поверхностной обработки в системе поверхностно-отвальной превышало этот показатель по сравнению с соответствующим фоном при отвальной обработке в слое 0-20 см на 0,26 %, а в верхней части пахотного горизонта (0-10 см) - на 0,39 % (прил. 2).
Использование соломы (Уз) на системах отвальной и поверхностной обработки с рыхлением способствовало увеличению содержания гумуса на 0,41 % в сравнении с вариантом «без удобрений». Фоны «солома + NPK» и «NPK» по системе отвальной обработки вызвали существенный прирост содержания гу муса в слое 0-10 см и в целом по пахотному горизонту на 0,44-0,56 % в среднем по вариантам У5 и У6.
Использование повышенных фонов питания (У5 и У6) в системе поверхностной обработки с рыхлением (02) обусловили повышение изучаемого показателя в слое 0-10 см с 2,37 % до 2,83 %.
Внесение полных минеральных удобрений совместно с соломой при поверхностно-отвальной обработке увеличивало содержание гумуса на 0,31 %. Однако, это превышение было недостоверным в связи со значительным увеличением содержания гумуса под действием данной системы обработки в сравнении с другими.
Применение соломы совместно с NPK в системе поверхностной обработки (04) способствовало статистически значимому увеличению содержания гумуса в слое 10-20 см и в целом по пахотному горизонту на 0,46 и 0,39 %, соответственно. Все эти изменения связаны с увеличением корневого опада и действием соломы.
На варианте с системой поверхностно-отвальной обработки как по фону «солома + NPK», так и по фону «без удобрений» содержание гумуса было выше по сравнению с отвальной обработкой, как в верхнем слое, так и в целом по пахотному горизонту.
В среднем по всем фонам удобрений в 2003 году изучаемые системы обработки почвы не обеспечили достоверных различий в содержании гумуса. Однако динамика к увеличению значений данного показателя наблюдалась в системе поверхностно-отвальной обработки по сравнению с отвальной как в слое 0-10 см, так и в среднем по пахотному горизонту. А в системе поверхностной обработки наблюдалось некоторое снижение содержания гумуса.
При применении удобрений наблюдались существенные различия в содержании гумуса по вариантам опыта. Так, внесение одной соломы (У3) обусловило достоверное увеличение гумуса в слое 0-10 см на 0,20 %, а совместное её применение с NPK (У5) способствовало увеличению гумуса как в слое 0-10 см на 0,40 %, так и в слое 0-20 см - на 0,37 % (рис. 2). А использование полных минеральных удобрений статистически значимо повысило содержание гумуса в слое 0-10 см и в целом по пахотному горизонту на 0,39 и 0,29 %, соответственно.
Удобрения проявили себя положительно на всех системах обработки, однако достоверные различия в увеличении содержания гумуса были получены по фонам «солома + NPK» и «NPK» в системе отвальной обработки в сравнении с соответствующим вариантом по фону «без удобрений» по обеим системам защиты культур и слоям на 0,40-0,95 %. Отсутствие существенных различий на этих фонах удобрений по всем системам минимальной обработки обусловлено повышенным содержанием гумуса по варианту «без удобрений». При этом, необходимо отметить, что несмотря на отсутствие существенных различий по фону У5 по сравнению с У], общее содержание гумуса в системе поверхностно-отвальной обработки было наибольшим в слое 0-20 см (3,00-3,08 %).
Применение гербицида способствовало существенному изменению содержания гумуса, причём в сторону уменьшения, только в системе поверхностной обработки с рыхлением (() при внесении соломы с полными минеральными удобрениями (У5) (0,41 %).
Следует отметить, что содержание гумуса в 2004 году в системе поверхностно-отвальной обработки на У5 снизилось по сравнению с 2003 годом. Это можно объяснить тем, что озимая рожь растёт 350 дней, а однолетние травы -55 дней. То есть, в 2004 году происходили потери гумуса за счёт дегумифика-ции осеннего, весеннего и весенне-летнего периодов.
Влияние разных систем обработки, удобрений и гербицидов на агрофизические свойства почвы
В слое 0-10 см использование гербицида в системе поверхностной обработки с рыхлением на контроле (Уі) вело к статистически значимому приросту содержания агрегатов от 0,25 до 10 мм на 7,63 %, а при внесении соломы с азотными удобрениями - наоборот, к снижению на 7,39 %. На варианте с системой поверхностно-отвальной обработки внесение гербицида на фоне «солома + NPK» способствовало снижению агрономически ценных агрегатов на 8,44 %. А в системе поверхностной обработки (() на варианте с внесением одного азота отмечалось также и существенное снижение содержания фракции с размером агрегатов от 0,25 до 10 мм на 8,67 %. В слое 10-20 см в системе поверхностной обработки с рыхлением при внесении соломы гербицид вызвал существенное снижение доли агрономически ценных агрегатов на 12,81 %, а в слое 0-20 см -на 6,78 %.
Системы обработки в среднем по фонам удобрений и гербицидов неоднозначно влияли на содержание агрономически ценных агрегатов. Наблюдалось достоверное снижение этой фракции в системах поверхностной обработки с рыхлением и ежегодной поверхностной по слою 0-20 см. Кроме того, отмечалась динамика некоторого увеличения этого показателя в системе поверхностно-отвальной обработки по слою почвы 0-10 см по сравнению с ежегодной отвальной.
Применение соломы с полными минеральными удобрениями в среднем по факторам способствовало существенному увеличению содержания агрономически ценных агрегатов в слое 10-20 см на 3,43 %, а в слое 0-20 см - на 3,11 % по сравнению с фоном «без удобрений». На остальных вариантах были получены несущественные различия.
Использование гербицида Раундап в среднем по системам обработки и удобрений обусловило достоверное снижение доли означенной фракции в слое 0-10 см с 74,88 до 72,85%.
В 2004 году действие систем обработки на содержание фракции 0,25 мм было неоднозначно. Наблюдалось достоверное увеличение на: фоне «без гербицидов» в системе поверхностной обработки в слое 0-20 на Уь варианте «с гербицидами» в системе поверхностной с рыхлением при внесении NPK в слое 10-20 см, в системе поверхностной обработки на фоне «без удобрений» в слое 0-10 и 0-20 см, на У2 в слое 0-10 и У6 по слою 10-20 см.
Внесение азотных удобрений на безгербицидном фоне в системе отвальной обработки способствовало значительному увеличению агрегатов размером меньше 0,25 мм на 0,72 % в слое 0-10 см. Использование того же фона питания в системе поверхностной обработки с рыхлением на безгербицидных делянках вызвало существенное снижение содержания фракции 0,25 мм на 2,64 %. А на варианте с системой поверхностной обработки на фоне с внесением N30 при применении гербицида наблюдалось достоверное увеличение фракции 0,25 мм на 3,04 %. Внесение повышенных норм удобрений (Уз-Уб) в системе поверхностной обработки на гербицидных делянках вело к статистически зна чимому уменьшению содержания фракции 0,25 мм. В слое 10-20 см исполь зование всех удобрений на варианте с поверхностной обработкой почвы на без гербицидных делянках вызвало достоверное снижение доли фракции 0,25 мм. Внесение полных минеральных удобрений в системе отвальной обработки поч вы на гербицидных делянках обусловило статистически значимое снижение со держания фракции 0,25 мм в 2,41 раза. В целом по пахотному горизонту ис пользование повышенных фонов питания на варианте в системе поверхностной обработки на безгербицидных делянках способствовало существенному сниже нию доли фракции 0,25. Подобную тенденцию при тех же условиях на герби цидных вариантах обусловило применение изучаемых систем удобрений, кроме варианта с азотом, где наблюдалось повышение означенной фракции с 5,16 до 7,42 %. При проведении системы поверхностно-отвальной обработки внесение гербицида на фоне «N30» способствовало достоверному увеличению фракции
0,25 мм в слое 0-10 см на 0,70 %. Применение гербицида на варианте с систе мой поверхностной обработки (04) на варианте «без удобрений» и на фоне «N30» вызвало статистически значимое увеличение фракции 0,25 мм с 3,50 до 8,79 % и с 3,89 до 11,83 %, соответственно. В слое 10-20 см на варианте «без удобрений» в системе поверхностной обработки наблюдалось уменьшение пы-леватой фракции в 2,89 раза под действием гербицида. Использование препарата на варианте с системой отвальной обработки и с полными минеральными удобрениями способствовало достоверному снижению фракции 0,25 мм с 2,44 до 1,01 %. В целом по пахотному горизонту, использование изучаемых химических средств защиты культур в системе поверхностной обработки почвы на фоне «без удобрений» обусловило увеличение фракции 0,25 мм в 1,3 раза.
По остальным вариантам различия были несущественны.
Все системы обработки в среднем по фонам удобрений и гербицидов не обеспечили существенных различий по содержанию пылеватой фракции, за ис- ключением системы поверхностной обработки почвы, где отмечалось существенное увеличение содержания фракции 0,25 мм в слое 0-10 см и в целом по пахотному горизонту на 1,51 и 0,84 %, соответственно, по сравнению с системой отвальной обработки.
Изучаемые системы удобрений (Уз-Уб) в среднем по факторам в слоях 0-10 и 0-20 см вызвали статистически значимое снижение пылеватой фракции. А в нижней части пахотного горизонта такая динамика имела место только на вариантах совместного внесения соломы с азотом и с полными минеральными удобрениями. Это было обусловлено различиями в содержании гумуса. Гербицид обусловил увеличение доли вышеназванной фракции по 0-10 и 0-20 см на 0,86 и 0,31%.
