Содержание к диссертации
Введение
1 Эффективность использования сидеральных культур в ресурсосберегающих технологиях обработки почвы (обзор литературы) 9
1.1 Применение ресурсосберегающих систем обработки почвы при выращивании сельскохозяйственных культур 9
1.2 Влияние сидеральных культур на плодородие почвы и условия произрастания сельскохозяйственных культур 15
1.2.1 Почвенные условия 15
1.2.2 Фитосанитарное состояние 24
1.3 Реакция яровой пшеницы на предшественники 27
2 Место, объект, условия и методика проведения исследований 31
2.1 Объект исследований 31
2.2 Почвенные и климатические условия места проведения исследований 31
2.3 Метеорологические условия 32
2.4 Технология выращивания культур в опыте 35
2.5 Схема и методика проведения полевого опыта 37
2.6 Методика проводимых наблюдений и исследований 38
3 Формирование урожайности сидеральных культур 40
3.1 Урожайность озимого рапса и обоснование её структурой и засорённостью 40
3.2 Урожайность яровых промежуточных культур и обоснование её структурой и засорённостью 45
4 Эффективность последействия сидеральных культур в ресурсосберегающей технологии обработки почвы 65
4.1 Влияние способов использования сидеральных культур на урожайность яровой пшеницы, её структуру и качество зерна 65
4.1.1 Урожайность зерна 65
4.1.2 Структура урожайности 66
4.1.3 Качество зерна 74
4.2 Засорённость посевов яровой пшеницы 76
4.3 Влияние сидеральных культур на агрономические свойства почвы 78
4.3.1 Плотность почвы 78
4.3.2 Влажность почвы и её целлюлолитическая активность 81
4.3.3 Агрохимические свойства и баланс гумуса 83
5 Засорённость звена севооборота «озимый рапс – яровые промежуточные культуры – яровая пшеница» 91
6 Продуктивность звена севооборота, экономическая и энергетическая эффективность возделывания его культур 98
6.1 Продуктивность и экономическая эффективность 98
6.2 Энергетическая эффективность 100
6.3 Результаты внедрения в производство 102
Заключение 104
Список литературы 108
Приложения 121
- Применение ресурсосберегающих систем обработки почвы при выращивании сельскохозяйственных культур
- Урожайность озимого рапса и обоснование её структурой и засорённостью
- Плотность почвы
- Результаты внедрения в производство
Применение ресурсосберегающих систем обработки почвы при выращивании сельскохозяйственных культур
Обработка почвы при выращивании сельскохозяйственных культур занимает особое место по энергоёмкости технологического процесса, который является одним из решающих факторов всей технологии возделывания культур. Исследователями отмечено, что обработка почвы в сочетании с другими факторами может привести к нежелательным последствиям (снижения урожайности полей, повышения плотности почв, усиления эрозионных процессов и т. д.) и возникновения проблемы почвосбережения [Нардин Д. С., 2011; Нестяк В. С., 2011]. Кроме того, многие сельскохозяйственные земли в мире расположены на крутых склонах и при таких условиях обычный метод плужной вспашки почвы лишает физических способов контроля эрозии и является неэффективным [Колегари А., 2010]. Отвал переворачивает почву, в верхнем слое которого обитают бактерии-аэробы, а в нижнем слое – анаэробные бактерии. В результате такого агротехнического приёма аэробные бактерии оказываются внизу, где недостаточно кислорода, а анаэробные, напротив, оказываются в верхних горизонтах почвы, в следствие чего, бактерии гибнут что приводит к нарушению почвенного микробиоценоза [Джаланкузов Т. Д., 2012]. Отрицательные моменты глубокой обработки почвы с оборотом пласта проявляются и на минерализации гумуса почвы ускоряя этот процесс, что приводит к быстрому его разрушению по всему почвенному профилю [Влияние традиционной…, 2016].
Выходом из создавшейся ситуации является использование ресурсосберегающих технологии, к которым относят технологию прямого посева и минимальную обработку почвы [Прямой посев…, 2011; Pisante M., 2012; Петухов Д. А., 2013]. Особенностью прямого посева или noill в том, что почва не подвергается обработке почвообрабатывающими орудиями, а посев производится сеялками прямого высева по растительным остаткам [Шептунов В. Н., 2008]. За счёт того, что в ресурсосберегающей технологии отсутствует обработка почвы, удается значительно сократить расходы на ГСМ и амортизацию техники, а также увеличить экономию на трудовых ресурсах [Кирюшин В. И., 2007; Алексеев В. В., 2013]. Так, ресурсосберегающая обработка позволяет сократить энергозатраты на 23-43 % в сравнении со вспашкой, при этом, не теряя урожайности культур [Макаров И. П., 2003]. Исследованиями установлено, что технология прямого посева сельскохозяйственных культур при правильном подходе может быть использована во всех климатических зонах и практически на всех типах почв различного гранулометрического состава [Чернов Н. Д., 2005]. Особенностью данной технологии является то, что растительные остатки сельскохозяйственных культур остаются на поверхности почвы и запускают естественный процесс почвообразования [Власенко А. Н., 2014]. К тому же эти остатки способны пропускать воду выпадающих дождей, повышать устойчивость почвы к эрозии, существенно снижать её температуру, вследствие чего снижать испарение влаги [Бакиров Ф. Г., 2010; Прямой посев…, 2011; Власенко А. Н., 2014; Антонов В. И., 2015; Lienhard P., 2018; Ranaivoson L., 2018]. За счёт дополнительной влаги в почве увеличивается урожайность выращиваемых культур, но любая механическая обработка почвы ведет к её высушиванию. При нулевой же технологии механическое воздействие минимально и, как результат, наблюдается снижение испарения влаги из почвы [Дрепа Е. Б., 2014; Цилюрик А. И., 2014]. Благодаря этому формируется более выровненный по температуре слой почвы, положительно влияющий на рост и развитие растений [Косолап Н., 2012]. Снижение испарения влаги особенно важно при посеве озимых или промежуточных пожнивных и поукосных культур, так как вероятность получения дружных всходов значительно выше [Бакиров Ф. Г., 2010; Прямой посев…, 2011]. Особое место имеет влага, накопленная в зимний период. Опыты, проведенные в Костанайском НИИСХ, показывают, что при нулевой обработке почвы запас продуктивной влаги перед посевом существенно выше на 33,3-50,0 %, чем при традиционной обработке [Тулаев Ю. В., 2014]. Нулевая обработка позволяет усвоить 59 % осенних осадков, тогда как вспашка только 22 % [Бакиров Ф. Г., 2011].
Корневая система растений, выращенных без применения плуга, гораздо сильнее, так как после вспашки корням очень сложно проникать на большую глубину из-за возникновения плужной подошвы [Майнел Т., 2010]. Общая ошибка, которую в первое время совершают земледельцы, включающиеся в систему прямого посева – отсутствие должной работы с растительными остатками до проведения посева. Установлено, что за 2,5…4 месяца разлагается до 46 % её общей массы, за год-полтора – 80 % [Чернов Н. Д., 2005].
В Аргентине технология прямого посева имеет широкое распространение. Почти на всей площади полей сельскохозяйственные культуры высеваются по данной технологии. Сеялка прямого посева за счёт своей конструкций (дисковые сошники) позволяет высевать культуры по оставленным на поле растительным остаткам на заданную глубину, что в последующем положительно сказывается на получении дружных всходов [Прямой посев…, 2011]. Применение такого агротехнического приёма в Чили способствовало увеличению урожайности яровой пшеницы в два раза, а кукурузы в 4 раза. Повышение урожайности культур продолжается [Кроветто К., 2009]. В США при переходе на нулевую обработку почвы позволило сэкономить на ГСМ, металле, расходах на амортизацию машинно-тракторного парка с 1 га на 50-90 дол. США [Noill…, 2006].
Скопировать то, как пользуются данной технологией в других странах, у нас не получится, слишком разные у нас почвы, климат, набор культур. Необходимо учиться на ошибках зарубежных стран [Дудченко С., 2015].
В опытах М. Г. Сираева и В. А. Кантюкова урожайность яровой пшеницы в варианте «нуль» составила – 2,33 т/га, а по вспашке – 2,32 т/га. При этом совокупные затраты энергоносителей при нулевой обработке сократились более чем в два раза [Сираев М. Г., 2011]. Так же при прямом посеве повысилась урожайность и озимой пшеницы, которая составила 3,91 т/га, в то время как по вспашке только 2,69 т/га [Прямой посев…, 2011]. В опытах, проведённых на базе учебно-опытного хозяйства СГСХА, было отмечено увеличение урожайности озимой пшеницы на 23,6 % по прямому посеву (26,7 ц/га), тогда как по традиционной системе обработки почвы урожайность составляла 21,6 ц/га [Майнел Т, 2010]. За три года использования прямого посева с применением подкормок урожайность зерна пшеницы повышается на 1,3-40 % [Чекаев Н. П., 2015].
Технология прямого посева выгодна с экономической точки зрения. В ЗАО «Нива» нулевая обработка позволила увеличить прибыль хозяйства на 14,7 % и положительно отразилась на конкурентоспособности производства продукции [Нардин Д. С., 2011]. В ЗАО «АПК Юность» Орловской области применение ресурсосберегающих технологии позволило увеличить прирост основных фондов на 40 %, тем самым стоимость основных производственных фондов в расчете на 100 га сельхозугодий увеличилась в 2,4 раза, что в 2 раза выше среднеобластного показателя [Рыбалко Т. С., 2007]. Экономия от внедрения сберегающей технологии на зерновых культурах составит 31 млрд руб., что приведёт к реальной экономии денежных средств, постоянно ощущающийся в сельском хозяйстве [Бессонова Е. А., 2010].
Водная эрозия почв одна из больших проблем земледелов [Ehmke T., 2018]. При вспашке вынос почвы составляет 246 г/м2, а при мульчированном посеве – всего 36 г/м2 [Майнел Т., 2010]. В США установлено, что при вспашке эрозия в 52 раза больше, а смыв почв на 70 % интенсивнее [Перри Э., 2011]. Отсюда следует, что сокращение водной эрозии – еще один серьёзный аргумент в пользу минимальной обработки почвы. Кроме того, проведение основной обработки почвы безотвальными орудиями позволяет весной накопить больше влаги, что связано с промерзанием зимой на меньшую глубину и оттаиванием в весенние сроки быстрее, чем при вспашке. В результате такого технологического приёма запасы влаги значительно выше в 1,5-2 раза по сравнению с отвальной обработкой почвы [Тагиров М. Ш., 2015]. Также по данным ученых Аргентины при традиционной технологии выпадающие осадки продуктивно используются растениями на 50 %, а при Noill – на 75 % [Макарова Л., 2015]. При прямом посеве интенсивнее идет эмиссия в среднем на 8,17 %, так как не нарушается почвенная биота, перерабатывающая почвенный углерод [Почвенные потоки…, 2015].
Урожайность озимого рапса и обоснование её структурой и засорённостью
Сидеральные культуры в наших исследованиях использовались как органическое вещество для улучшения свойств почвы и повышения обеспеченности элементами питания последующей культуры. Сидераты (зелёные удобрения) разлагаются значительно быстрее других органических удобрении и дешевле в использовании, кроме того, за счёт их внесения в почву сокращаются расходы на минеральные удобрения. Использование в севообороте сидеральных культур в ресурсосберегающей технологии обработки почвы позволит существенно снизить расходы не только на минеральные удобрения, но и на саму обработку.
Первой культурой в наших исследованиях был озимый рапс из семейства крестоцветных, который был выбран из-за потенциально высокой урожайности зелёной массы и способностью оказывать конкуренцию сорным растениям. В соответствии со схемой опыта культуру использовали на зелёный корм, сидерат-мульчу и сидерат с последующим дискованием. Подсчёт урожайности озимого рапса и её структуры был проведен перед его уборкой на зелёный корм.
Урожайность зелёной массы озимого рапса варьировала по годам от 24 ц/га в 2017 г. и до 185 ц/га в 2016 г. составив в среднем за три года 98-112 ц/га (таблица 5, приложения Б.1-Б.3).
Изучаемые способы использования озимого рапса не оказывали существенного влияния на урожайность зелёной массы.
В виду нестабильной перезимовки озимого рапса наибольшее значение урожайности было сформировано в 2016 г. (в среднем 174 ц/га), а самое низкое в 2017 г. (в среднем 30 ц/га) (рисунок 1).
Низкая урожайность зелёной массы в 2017 г. вызвана высокой температурой воздуха при недостаточном количестве атмосферных осадков в конце июля и вначале августа 2016 г. в период посева и всходов озимого рапса, что негативно повлияло на рост и развитие до ухода на перезимовку (таблица 6).
Гидротермические условия в период посева и всходов озимого рапса сильно различались по годам. Так, в 2015 и 2017 гг. данный период культуры характеризовался достаточным увлажнением и составил соответственно 2,1 и 1,0, что положительно сказывалось на росте и развитии озимого рапса и в последующем на урожайности его зелёной массы. В 2016 г. в августе выпало крайне низкое количество атмосферных осадков при среднесуточной температуре воздуха выше нормы на 6,6 С, вследствие чего всходы озимого рапса были изреженными. Зимостойкость и морозостойкость данной культуры во многом зависит от погодных условий, складывающихся перед уходом в зиму (достаточное количество осадков и медленное снижение температуры) [Гарбар Л. А., 2018]. Поэтому условия вегетации оказывали наибольшее влияние на урожайность зелёной массы озимого рапса (рисунок 2).
Таким образом, условия вегетации при выращивании озимого рапса оказывали наибольшее влияние на урожайность его зелёной массы (72 %).
Продуктивность озимого рапса обусловливается показателями её структуры, в которую входят густота стеблестоя, масса одного растения и его высота, а также облиственность. Все показатели структуры урожайности значительно различались по годам (таблица 7).
В результате исследований установлено, что способы использования озимого рапса не оказывали существенного влияния на показатели структуры урожайности.
Сбор сухого вещества озимого рапса имел следующие значения (рисунок 3).
В результате статистической обработки полученных данных установлено, что значение сухого вещества озимого рапса, как и урожайность его зелёной массы варьировало по годам. Наименьшие значения данного показателя получены в 2017 г. (3,2-5,6 ц/га) ввиду с плохой перезимовкой озимого рапса. Так как в 2016 г. урожайность зелёной массы рапса была высокой, то и сбор сухого вещества имел наибольшие значения, составив 23,3-26,5 ц/га.
В проводимых нами исследованиях засорённость посевов озимого рапса за счёт его биологических особенностей была невысокой. Основную часть сорных растений представляли малолетние формы (марь белая, подмаренник цепкий), количество которых по вариантам использования озимого рапса находилось практически на одном уровне (таблица 8).
Озимый рапс за счёт хорошего ветвления и облиственности в весенний период угнетает сорные растения. В результате количество сорных растений в среднем за три года по всем вариантам составило 25 шт./м2.
Таким образом, средняя за три года урожайность зелёной массы озимого рапса составила 104 ц/га и имела большую зависимость от погодных условий в период посева, всходов и осеннего развития культуры. При недостатке влаги растения плохо всходят, слабо развиваются, что в последствии негативно сказывается на перезимовке и в последующем на урожайности зелёной массы. При благоприятных метеорологических условиях удается получить в среднем до 174 ц/га зелёной массы.
Плотность почвы
Дерново-подзолистые почвы характеризуются малой мощностью пахотного слоя (18-20 см) и имеют равновесную плотность в пределах 1,4-1,5 г/см3. Оптимальная же плотность почвы для выращивания зерновых культур составляет 1,1-1,3 г/см3 [Холзаков В. М., 2006].
В наших исследованиях была сделана попытка снижения плотности почвы в посевах яровой пшеницы за счёт внесения органического вещества сидеральных культур, выращенных как по технологии прямого посева, так и по минимальной обработке почвы. Плотность почвы определялась в период всходов яровой пшеницы и перед её уборкой в слоях 0-10 и 10-20 см. По данным исследований А. М. Ленточкина малогумусные дерново-подзолистые почвы к моменту выхода в трубку яровой пшеницы уплотняются до значений 1,27-1,31 г/см3 независимо от приёмов обработки почвы [Лен-точкин А. М., 2015]. В наших исследованиях в фазу всходов изучаемые нами варианты не оказывали существенного влияния на этот показатель, а на момент уборки в слое 0-10 см наблюдались различия (таблица 23).
За три года исследований различные способы использования озимого рапса не оказывали существенного влияния на плотность почвы к концу вегетации яровой пшеницы, но проблема заключалась в том, что значения плотности превышали оптимальные значения для зерновых культур.
Среди яровых форм промежуточных культур наблюдалось различное влияние на плотность почвы. Так, на следующий год после проса плотность почвы к концу вегетации яровой пшеницы была самой низкой и составила 1,29 г/см3, что существенно ниже контрольного варианта (1,33 г/см3) при НСР05 = 0,02 г/см3. Снижение плотности в данном варианте обусловлено хорошо развитой мочковатой корневой системой проса, которая, возможно, оказывала структурообразующее действие и разрыхляла почву. Использование гречихи, напротив, увеличивало плотность почвы относительно контрольного варианта на 0,07 г/см3, тем самым превышая оптимальные значения для выращивания зерновых культур.
Ресурсосберегающая технология, представленная использованием вегетативной массы яровых промежуточных культур на сидерат в качестве мульчи и задискованного в почву, существенно снижала плотность почвы соответственно на 0,01 и 0,02 г/см3 относительно использования их на зелёный корм (1,35 г/см3) при НСР05 = 0,01 г/см3.
Схожая ситуация наблюдалась в исследованиях Т. Ф. Жаровой в Тувинском научно-исследовательском центре, когда заделанная в почву сидеральная масса способствовала большему снижению плотности почвы, чем использованная на зелёный корм [Жарова Т. Ф., 2016].
В наших исследованиях не проводилась глубокая обработка почвы, поэтому плотность в слое 10-20 см имела высокие значения (таблица 24).
Установлено, что зелёная масса озимого рапса, использованная на сидерат-мульчу и задискованная в почву, существенно снижала плотность почвы в слое 10-20 см на 0,02 г/см3 относительно использования рапса на зелёный корм (1,50 г/см3) при НСР05 = 0,01 г/см3.
Ситуация с просо и гречихой осталась неизменной. Если использование проса снижало плотность почвы на 0,03 г/см3, то гречихи, напротив, увеличивало показатель на 0,04 г/см3 в сравнении с вико-зерновой смесью (1,48 г/см3) при НСР05 = 0,01 г/см3.
Способы использования яровых промежуточных культур существенного влияния на плотность почвы не оказали.
При расчете тесноты связи урожайности яровой пшеницы с плотностью почвы было установлено, что коэффициент корреляции в слое почвы 0-10 см составил r = -0,21 ± 0,20, тогда как в слое 10-20 см r = -0,40 ± 0,18, что является соответственно слабой и средней степенью обратной зависимости.
Результаты внедрения в производство
Использование сидеральных культур требует экономических вложении на их выращивание и заделку, в связи с чем необходимо подобрать технологию с минимальными затратами без потерь урожайности последующих культур. На полях АО «Путь Ильича» Завьяловского района Удмуртской Республики была проведена производственная проверка дискования вегетативной массы с технологией прямого посева (таблица 32, приложение И.1).
Производственная проверка, проведенная в АО «Путь Ильича», показала, что выращивание яровой пшеницы по технологии прямого посева уступает дискованию сидерата в урожайности зерна. В результате доход от дискования сидерата был выше на 37 % при себестоимости ниже на 13 %. В результате годовой экономический эффект составил 354 тыс. руб., что на 37 % выше, чем использование технологии прямого посева.
В СПХК «Колос» Вавожского района Удмуртской Республики также была проведена производственная проверка заделки сидерата плугом MULTI-MASTER 113 T-4 корпусный и дискатором СМАРАГД 9/400 S (таблица 33, приложение И.2).
В результате установлено, что при использовании плуга урожайность зерна пшеницы была выше на 0,07 т/га. При этом затрат при дисковании СМАРАГД 9/400 S было меньше на 12,5 %, поэтому доход от данного технологического приёма был выше, а годовой экономический эффект составил 353 тыс. руб.