Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История вопроса 9
1.1. Влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на урожай сельскохозяйственных культур 9
1.2. Влияние способов обработки почвы на ее биологическую активность ... 16
1.3. Влияние минеральных удобрений на биологическую активность 30
Глава 2. Условия проведения опытов и методика исследований 39
2.1. Климатические и почвенные условия 39
2.2. Погодные условия 43
2.3. Методика проведения исследований 51
Глава 3. Влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на физические, агрохимические свойства южного чернозема и водопотребление культур 55
3.1. Плотность сложения почвы 55
3.2. Водопроницаемость почвы 57
3.3. Окислительно-восстановительный потенциал и реакция почвенного раствора 58
3.4. Режим минерального питания 63
3.5. Водопотребление культур 69
Глава 4. Влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на биологическую активность южного чернозема 76
4.1. Численность основных физиологических групп микроорганизмов 77
4.2. Численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов 87
4.3. Численность почвенных грибов 95
4.4. Численность актиномицетов 102
4.5. Численность олигонитрофильных микроорганизмов 109
4.6. Интенсивность выделения СОг из почвы 117
4.7. Целлюлозоразрушающая активность 123
4.8. Протеолитическая активность 130
4.9. Суммарная биологическая активность 138
Глава 5. Влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на урожай зерновых культур, продуктивность севооборота и баланс питательных веществ 144
5.1. Озимая пшеница. 145
5.2. Яровая пшеница 148
5.3. Просо 152
5.4. Продуктивность севооборота 155
5.5. Баланс питательных веществ 157
Глава 6. Биоэнергетическая и экономическая оценка способов обработки почвы и применения удобрений 162
6.1. Биоэнергетическая оценка 162
6.2. Продукционно-энергетические модели эффективности удобрений при разных способах обработки почвы 167
6.3. Экономическая эффективность приемов основной обработки почвы и минеральных удобрений 170
Выводы и предложения производству 177
Список литературы 180
Приложения 215
- Влияние способов обработки почвы на ее биологическую активность
- Окислительно-восстановительный потенциал и реакция почвенного раствора
- Численность олигонитрофильных микроорганизмов
- Продукционно-энергетические модели эффективности удобрений при разных способах обработки почвы
Введение к работе
Актуальность темы. На всех этапах развития человеческого общества
земля была, есть и будет важнейшим, ничем не незаменимым средством
производства. Поэтому рациональное использование земельных ресурсов
является важнейшей стратегической задачей, от решения которой зависит
успешное развитие агропромышленного комплекса страны. Возрастающие
потребности населения в продукции растениеводства и животноводства
предполагают дальнейший рост урожайности сельскохозяйственных
культур. Это может быть достигнуто лишь в условиях общего подъема
культуры земледелия, базирующейся на разработке научных основ
высокоэффективных природоохранных (ресурсосберегающих)
агротехнологий, обеспечивающих сохранение и воспроизводство плодородия почвы.
В семидесятых годах 20-го века стратегия развития земледелия в нашей стране строилась на основе непрерывного наращивания средств химизации. На определенном этапе эта политика в земледелии была оправданной, так как позволила заметно увеличить урожайность практически всех сельскохозяйственных культур. Важную роль в решении этих задач сыграли и интенсивные способы обработки почвы. Однако бесконтрольное применение минеральных удобрений, химических средств защиты растений и тяжелых почвообрабатывающих орудий, наряду с положительным эффектом, постепенно способствовало широкому развитию в агроэкосистемах негативных процессов. В частности, произошло уплотнение пахотного слоя почвы, ухудшился пищевой режим растений, практически во всех земледельческих зонах страны установился отрицательный баланс гумуса.
Антропогенное вмешательство в природные процессы в ходе сельскохозяйственных работ, увеличение химических и физических нагрузок на почву, изменения ее водного, воздушного и питательного режимов существенно ухудшают экологическую обстановку в агроландшафте,
5 нарушают устойчивость экосистемы, отрицательно сказываются на интенсивности и направленности биологических процессов в почвах.
По современным представлениям почва — это не только физическая или химическая, а, прежде всего, биологическая и биохимическая система, одним из главных компонентов которой является почвенная микрофлора (Звягинцев Д.Г., 1986). Почва создает условия для развития микрофлоры, которая, в свою очередь, оказывает специфическое влияние на почву. В каждом типе почв, обладающем конкретными физико-химическими свойствами, развивается определенное количество и группы микроорганизмов и устанавливается биологическое равновесие, характерное для данных условий и сезона (Никитин Д.И., 1979; Берестецкий О.А., 1986). В то же время под воздействием различных агротехнических приемов происходит коренное преобразование экологии почв, сопровождающееся глубокой перестройкой в таксономической структуре микробных ассоциаций. Приспосабливаясь к новым условиям жизнедеятельности, многие микроорганизмы резко изменяют свои физиолого-биохимические свойства и качественный состав продуцируемых метаболитов.
В связи с этим показатели биологической активности почвы следует считать важнейшими критериями оценки современных агротехнологий (Войнова-Райкова Ж., Ранков В., Анпова Г., 1986; Туев Н.А., 1988; Енкина О.В., Коробской Н.Ф., 1999).
Таким образом, становится очевидным, что для регулирования плодородия почв необходимо иметь научные представления о характере протекающих в них биологических процессов. Правильное применение комплекса технологических операций способствует одновременно созданию необходимых условий для полезной деятельности почвенных микроорганизмов. Их всесторонняя оценка дает возможность определить рациональные приемы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур.
Настоящая работа посвящена изучению влияния таких важнейших агротехнических приемов как способы обработки и минеральных удобрений на основные свойства почвы и ее микрофлору. Она являлась частью раздела тематического плана исследований, выполненных автором в лаборатории агрофизики и микробиологии почв ГНУ НИИСХ Юго-Востока по теме 2.3.35. «Изучить влияние антропогенных факторов на агрофизические, физико-химические и микробиологические процессы в почвах по элементам агроландшафта в условиях засушливого Поволжья».
Цель исследований: изучить влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на продуктивность культур четырехпольного зернопарового севооборота, физические, агрохимические, биохимические и микробиологические процессы, происходящие в южном черноземе в условиях засушливого Поволжья и дать практические рекомендации по оптимальному сочетанию способов обработки почвы с минеральными удобрениями.
Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:
установить влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на урожай, качество зерна озимой и яровой пшеницы, проса и продуктивность зернопарового севооборота;
изучить водо потребление сельскохозяйственных культур;
выявить изменения физических свойств и пищевого режима под культурами зернопарового севооборота;
определить динамику численности почвенных микроорганизмов: аммонификаторов, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, грибов актиномицетов, олигонитрофилов под влиянием способов обработки почвы и минеральных удобрений;
- изучить влияние способов обработки почвы и минеральных
удобрений на показатели биологической и биохимической активности:
дыхание почвы, целлюлозоразрушающую, протеолитическую активности;
- дать энергетическую и экономическую оценки изучаемых видов удобрений и способов обработки почвы в зернопаровом севообороте.
Научная новизна. Впервые в двухфакторных полевых опытах на южных черноземах засушливого Поволжья выявлено изменение эффективности минеральных удобрений в зависимости от способов основной обработки почвы. Изучено влияние способов обработки почвы и минеральных удобрений на изменение численности и активности основных физиологических групп почвенных микроорганизмов в течение вегетационного периода сельскохозяйственных культур. Установлена суммарная биологическая активность почвы на разных агрофонах и ее взаимосвязь с урожаем зерновых культур. Выявлена зависимость биологической активности южного чернозема от погодно-климатических условий. Получены новые данные о влиянии способов обработки почвы и минеральных удобрений на водопотребление зерновых культур, водопроницаемость, пищевой режим южного чернозема и продуктивность зерновых культур.
Практическая значимость. Использование результатов
диссертационной работы позволяет повысить урожайность озимой пшеницы до 4,20 т/га, яровой пшеницы - 1,44 т/га, проса - 2,15 т/га. При этом энергетические затраты на возделывание зерновых культур снижаются на 4-5%, а условно-чистый доход повышается на 435 руб. за ротацию четырехпольного зернопарового севооборота.
Положения, выносимые на защиту:
влияние способов обработки почвы и видов минеральных удобрений на урожайность зерновых культур и продуктивность зернопарового севооборота;
зависимость биологической активности южного чернозема от способов обработки почвы и видов минеральных удобрений;
влияние гидротермических условий на численность и активность основных физиологических групп почвенных микроорганизмов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на заседаниях методической комиссии технологического центра ГНУ НИИСХ Юго-Востока (1995-1997 гг.), ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава СГАУ им. Н.И. Вавилова (г. Саратов 2002, 2005 гг.), Всероссийской научной конференции «Вавиловские чтения - 2003», (г. Саратов), научной конференции «Фундаментальные аспекты микробиологии» (г. Саратов, 2000 г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Реализация результатов исследований. Материалы диссертации использовались при составлении Системы ведения сельского хозяйства Саратовской области (Саратов, 1998 г), издании рекомендаций по увеличению производства растениеводческой продукции (Саратов, 1998 г). Основные положения диссертации были использованы при разработке Программы производства детского питания на зерновой основе (Саратов, 1994 г). Материалы диссертации используются при чтении курса лекций для студентов СГАУ им. Н.И. Вавилова.
Степень личного участия. Свои исследования автор проводила в условиях четырехпольного зернопарового севооборота, заложенного в 1992 году к. с.-х. н. В.В. Пронько с сотрудниками. Анализы почвенных и растительных образцов проводились сотрудниками лаборатории массовых анализов под руководством В.К. Чернова. Остальные работы выполнены соискателем лично.
Автор выражает свою глубокую признательность научным сотрудникам лаборатории агрофизики и микробиологии почвы ГНУ НИИСХ Юго-Востока, а также всем коллегам, оказавшим ей помощь в проведении эксперимента.
Влияние способов обработки почвы на ее биологическую активность
Взгляд на почву, как на живую систему, был выдвинут осноновоположниками научного почвоведения Докучаевым В.В. и Костычевым П. А. (174). Они указывали, что приемы агротехники, направленные на создание лучших условий для роста и развития сельскохозяйственных культур, являются также приемами управления жизнедеятельностью микрофлоры. Виноградский С.Н. (55), Омелянский В.Л., Красильников Н.А. впоследствии отмечали, что почвенные микроорганизмы - это живые реактивы, способные характеризовать состояние почвы. Огромный вклад в развитие сельскохозяйственной микробиологии внес Мишустин Е.Н, (223, 224). Он обосновал необходимость поиска биологических путей повышения эффективного плодородия почв, которое реализуется в результате деятельности почвенных микроорганизмов: рационально выбранной системой обработки почвы, правильным использованием пожнивных остатков, посева азотонакопителей, правильным применением бактериальных удобрений
Обработка почв изменяет воздушный, водный и питательный режим, а, следовательно, направленность, характер и интенсивность микробиологических процессов не только пахотного, но и подпахотного слоя почвы. Совершенно очевидно, что обработкой почвы можно существенно повлиять на накопление минеральных соединений в обрабатываемом слое (72,157,235,241).
Вильяме В.Р. (1951) впервые сформулировал теоретические основы обработок почв с указанием на необходимость оборачивания пахотного пласта почвы. Его предположение о дифференциации пахотного слоя почвы нашло в дальнейшем отражение в работах таких авторов, как Мушустин Е.Н. (210), Бараев А.И. (24), Рубинштейн М.И., Тазабеков П.Т. (279).
История вопроса о влиянии способов обработки почвы на биологическую активность весьма обширна. Первые рекомендации по безотвальной обработке в засушливые годы были высказаны еще в 80-90 гг. XIX века Менделеевым Д.И.. Подобные идеи были изложены в работе Овсинского И.Е. «Новая система земледелия» (1899). В 1921 немецкий исследователь Achenbach указывал, что перемещение подпахотного горизонта на поверхность недопустимо, так как приводит к ухудшению жизнедеятельности почвенных анаэробных микроорганизмов. Он предполагал использовать культиваторы вместо плугов. В 30-х годах XX века Тулайков Н.М. высказывался за применение мелкой обработки почвы на 10-12 см в засушливом Поволжье.
В 50-х гг. Мальцев Т.С. предложил заменить ежегодную вспашку поверхностной обработкой, которая способствует минерализации растительных остатков в верхнем слое, увеличению объема корневой системы растений, тем самым обеспечивает улучшенное питание растений. Увеличивался и урожай сельскохозяйственных культур. Мальцев Т.С. рекомендовал рыхление чистого пара без отвалов на глубину 40-34 см и поверхностную обработку на глубину 10-12 см. Исследования были проведены в Курганской области на Шадринской опытной станции.
Повышение урожайности сельскохозяйственных культур при безотвальной обработке на 40-45 см Тюрин И.В. (1965) обосновал улучшением питательного режима в результате усиления интенсивности аэробных процессов разложения органического вещества. Мишустин Е.Н. в 60-е гг. отмечал повышенную биогенность пахотного слоя при глубоком рыхлении и он предлагал чередовать безотвальную обработку почвы с отвальной (223).
Подобную необходимость чередования обработок подтверждали и другие авторы, объясняя отрицательные стороны безотвальной обработки: распыление верхнего слоя почвы и невозможность запахивания удобрений, важнейшего агротехнического приема повышения урожайности сельскохозяйственных культур (49, 139, 267, 285). Вместе с тем приходится отметить, что именно по отношению к обработкам почвы исследования в наибольшей мере носили описательный характер. Экспериментаторы в основном добросовестно регистрировали наблюдаемые изменения в характере и динамике микробиологических процессов почвы в связи с различными приемами ее обработки, определяя при этом нередко групповой и видовой состав микрофлоры. В этих исследованиях, как правило, отсутствовали попытки обосновать целесообразность применения того или иного приема обработки, способов его изменения. Отсюда следует, что правильные выводы и рекомендации, сделанные на основании обобщения результатов могли бы принести более ощутимую пользу для раскрытия глубинных процессов, происходящих в почве на различных агрофонах. В конце 70-х гг. сотрудники НИИСХ Центральных районов Нечерноземной зоны изучали влияние агротехники на микробиологическую активность, В ходе работ они пришли к выводу, что, воздействуя на микроорганизмы почвы, можно усилить мобилизационные процессы, улучшить условия питания растений, способствуя тем самым росту урожайности (18, 19, 29, 41, 274),
На дерново-подзолистой среднесуглинистой хорошо окультуренной почве обработка активизировала микробиологическую деятельность только верхнего слоя почвы и, как показали урожайные данные, не имела преимущества перед обработкой всего пахотного слоя. При сравнении способов основной обработки дерново-подзолистой песчаной почвы под люпин вспашка способствовала лучшему развитию в почве микроорганизмов различных физиологических групп, чем дискование (214).
Сотрудники отдела микробиологии Белорусского НИИ земледелия подтвердили тот факт, что обработку почвы нельзя рассматривать как механическое воздействие. Различные ее приемы по-разному воздействуют на физиологические группы микроорганизмов и мобилизацию питательных веществ в пахотном слое (27).
Окислительно-восстановительный потенциал и реакция почвенного раствора
Использование различных видов и доз удобрений способны изменить физико-химические свойства почв, химические и биологические процессы, их направленность, а также восстановительные условия.
Окислительно-восстановительные процессы, протекающие в почве, имеют большое значение для ее плодородия. При рассмотрении окислительно-восстановительных условий почвы обращают внимание преимущественно на реакции, в которых участвуют соединения азота, железа и марганца. С ними связывают процессы накопления и потери азота в почве.
Интенсивность биохимических процессов определяется запасами почвенной влаги и количеством кислорода в почве (Возбуцкая А.Е.,1968; Кауричев И.С.Д975). В литературе достаточно подробно показано влияние степени увлажнения на окислительно-восстановительные процессы почв (Ярков СП., 1956; Кауричев И.С., Ноздрунова Е.М.Д958; Неунылов Б.А., 1961; Возбуцкая А.Е., 1968 и др.), а также интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов.
Для характеристики окислительно-восстановительных условий почвы используют окислительно-восстановительный потенциал (ОВП). В почвах присутствуют микрозоны с различными величинами ОВП, где одновременно могут происходить аэробные и анаэробные процессы. При аэробных процессах усиливается скорость минерализации органических веществ, а при анаэробных процессах разложение органических остатков затруднено (Возбуцкая А.Е., 1968). Значение ОВП зависит не только от условий аэрации, но и, по мнению Возбуцкой А.Е., от рН раствора, т.к. многие реакции идут с участием ионов водорода.
Все природные и антропогенные воздействия, которые влияют на аэрацию почвы, в том числе и ее обработки, способны изменить значение ОВП. Окислительно-восстановительный потенциал понижается при увлажнении почвы и ухудшении ее аэрации, а также при внесении свежего органического вещества. Наоборот, улучшение воздухообмена почвы повышает окислительно-восстановительный потенциал.
Для каждого типа почв имеется свое оптимальное значение окислительно-восстановительного потенциала. При очень маленьком значении ОВП (200 мВ и ниже) в почве начинают развиваться восстановительные процессы. При резкоокисленных условиях ухудшается доступность железа для растений, что также очень неблагоприятно сказывается на их развитии (Возбуцкая А.Е.,1968). Черноземные почвы обладают высоким значением ОВП, которое находится в пределах 450-700 мВ (Богданов Н.И., Соловей О.П., 1972; Зайдельман Ф.Р., Кауричев И.С., Татарина Л.Ф., Бирюкова В.А. 1975).
Обработка почвы может в значительных пределах изменять ОВП (Булыгин С.Ю., Байрак Н.В., 1987). Применение различных видов удобрений, а также использование биопрепаратов влияет на динамику окислительно-восстановительных процессов, происходящих в почве (Назаров В.А. и др.,1997). Свежее органическое вещество, зеленые удобрения при внесении в почву снижают ОВП (Meer B.D., Mac-Kezie А.Т., Crass L.B., 1968; Chakravarti S.N., Каг А.К., 1970; Кауричев И.С., 1973; Татарина Л.Ф., Бирюкова В.А., 1975).
Различные биохимические процессы в почве и образование в ней свободных кислот могут иметь нежелательные для растений последствия, т.к. для их нормального роста и развития необходимо устойчивое значение рН.
Буферность почвы — очень важная ее характеристика, которую в сельском хозяйстве нельзя не принимать во внимание. Ее необходимо учитывать, главным образом при использовании минеральных туков. Буферность почвы в основном определяется свойствами ее твердой фазы, в первую очередь, коллоидов. Чем больше коллоидов в почве, тем выше ее буферность. При наличии большого количества катионов Са2+, Mg2+, Na+ и др. буферность почвы увеличивается в кислую сторону, а если в почве имеются УҐ и А13+ - в щелочную сторону. Черноземные почвы обладают высокой буферной емкостью, т.к. содержат большое количество оснований (Возбуцкая А.Е., 1968). Большую роль в создании благоприятных для растений физических, физико-химических и биологических свойств почвы, ее структуры, реакции и связанных с ними интенсивности биологических процессов и подвижности питательных веществ играет кальций (Возбуцкая А.Е., 1968).
На черноземе южном использование минеральных удобрений способствовало повышению ОВП на всех вариантах по сравнению с контролем (табл. 10). Это обусловлено тем, что внесение удобрений повысило в почве содержание катионов и анионов, о чем свидетельствуют данные по динамике N-NO3 на удобренных фонах по сравнению с контролем (глава 3.4.).
Что касается способов обработки почвы, то в условиях нашего опыта выявить какое-либо их влияние на величину ОВП нам не удалось. Возможно, это связано с особенностями водного режима на опытных делянках.
На всех вариантах опыта (в том числе и на контроле) происходило постепенное повышение ОВП почвы от всходов к уборке. Вероятно, это связано не с внесением удобрений, а с условиями увлажненности. При наличии влаги в пахотном слое и слабом развитии корневых систем растений в первую половину их вегетации лимитирующим фактором, определяющим значение ОВП, является количество органических остатков почвы. Вследствие этого изменяются микробиологические процессы, происходящие в ней. При пересыхании почвы до влажности завядания во второй половине вегетации растений основным потенциалопределяющим фактором становится плотность сложения почвы (Булыгин С.Ю., Байрак Н.В., 1987).
Численность олигонитрофильных микроорганизмов
Учитывая широкое распространение актиномицетов и их важную роль в превращении органического вещества, многие исследователи используют численность актиномицетов как показатель биологической активности почв (144,145).
В литературе существуют различные точки зрения на изменение численности актиномицетов под влиянием способа обработки почвы и удобрений, Карамшук З.П. отмечал, что в верхнем слое почвы 0-10 см при плоскорезной обработке сосредотачивалось большое количество актиномицетов, и сохранялся более разнообразный их групповой состав, чем при отвальной обработке (100,145).
При интенсивных системах обработок наблюдалась существенная перестройка микробного сообщества с преимущественным развитием аэробных микроорганизмов (31). Повышенную биогенность пахотного слоя Мипіустин Е.Н. объяснял активизацией микроорганизмов различных физиологических групп, в том числе актиномицетов (223). Наоборот, сокращение числа обработок почвы в стационарных опытах СибНИИСХоза на тяжелосуглинистых выщелоченных черноземах приводило к уменьшению численности актиномицетов (126, 276). Использование плоскорезной обработки в системе севооборотов засушливой черноземной степи Поволжья привело к снижению численности актиномицетов (0,6 млн./г:2,2 млн ./г соответственно) (9).
Отдельные авторы подтверждают, что обработки влияют на численность актиномицетов лишь в виде тенденции (352).
Внесение удобрений чрезвычайно сильно стимулирует размножение актиномицетов (106). После внесения двойной и тройной дозы удобрений на темно-каштановой почве количество актиномицетов в пахотном слое возрастало в 1,5 и 1,9 раза (14). Применение на фоне РК возрастающих годовых доз азотного удобрения вызывало параллельное увеличение актиномицетов в 1,4-2,0 раза (162).
Другие же авторы, проводившие исследования на черноземных почвах ВНИИСС, не обнаружили зависимости численности актиномицетов от вида и дозы удобрений (22).
Озимая пшеница. В наших исследованиях за 4 года были выявлены следующие факты. Количество актиномицетов под озимой пшеницей в меньшей степени зависело от гидротермических особенностей года. Именно изучаемые агротехнические приемы обуславливали колебания численности данной физиологической группы (табл. 27). Причем во все годы исследований мелкая обработка и безотвальное рыхление способствовали более активному размножению и росту актиномицетного населения (на 49,9% выше контроля в 1993 г.; 42% - в 1994 г.; 2,4% - в 1995 г.; 35,9% - в 1997 г.). Это можно объяснить, видимо, лучшими условиями аэрации, которые обеспечивали в наших условиях минимальные обработки. С глубиной количество актиномицетов уменьшается, а оборот пласта при вспашке на 30 см выносит на поверхность обедненный актиномицетами слой почвы. Это влияние обработок почвы на численность актиномицетов сохранялось вплоть до уборки изучаемых зерновых культур.
Интересен тот факт, что внесение N30P30 под озимую пшеницу снижает количество актиномицетов во все годы исследований по вариантам с безотвальными способами обработки. На этих делянках в результате дифференциации пахотного горизонта максимальная численность микроорганизмов обнаруживается в слое 0-10 см. Отрицательной стороной является и то, что поверхностная локализация гранул минеральных удобрений вызывает значительное подкисление почвы, и сдвиг рН в кислую сторону (оптимум для актиномицетов рН=6,8-8,0), Тем самым условия окружающей среды становятся лимитирующими для актиномицетов. Это негативное воздействие регистрировалось на протяжении всех лет исследований. К концу вегетации озимой пшеницы, по мере использования растениями удобрений из почвы, восстанавливалось нарушенное экологическое равновесие в микробной популяции, и численность актиномицетов по отношению к контролю несколько увеличивается.
Фосфорные удобрения в основном оказывали стимулирующее действие на численность актиномицетов
Яровая пшеница. Влияние изучаемых агротехнических факторов на численность актиномицетов под яровой пшеницей рассмотрим по результати влагообеспече иного 1994 г. и среднезасушливого 1995 г. Следует отметить, что и под яровой пшеницей преимущество имели минимальные обработки, поскольку способствовали более интенсивному размножению актиномицетов-аэробов (табл. 28).
Далее, в сезонной динамике данной группы микроорганизмов наблюдались определенные различия. Период вегетации яровой пшеницы в 1994 г. ознаменовался проливными дождями и пониженной температурой воздуха ( -2,0С от среднемноголетних значений). Оптимум развития актиномицетов - 32-37 С, а температура почвенного покрова в это время была 25 С. Сочетание выше перечисленных природных факторов сдерживало развитие актиномицетов, и только к уборке их число незначительно увеличивалось. Погодные условия вегетационного периода 1995 г. отличались продолжительным дефицитом осадков и повышенной температурой воздуха ( +3,5С от среднемноголетних значений). Актиномицеты микроорганизмы, которые переносят высушивание. Подобная физиологическая особенность этих микроорганизмов, видимо, определила тот факт, что их численность в среднезасушливый 1995 г. была незначительно выше, чем в 1994 г. (на 20-25% на контрольных вариантах). В 1995 г. на вспаханных делянках группа актиномицетов была многочисленней. Дефицит природных осадков компенсировался, как нам кажется, тем, что именно вспашка под яровой пшеницей обуславливала большее содержание влаги в почве (глава 3) и создавала благоприятные условия для жизнедеятельности актиномицетов.
Продукционно-энергетические модели эффективности удобрений при разных способах обработки почвы
В процессе выращивания культурных растений наряду с использованием солнечной энергии потребляется значительное количество энергоносителей в виде семян, удобрений, средств защиты растений от сорняков, болезней и вредителей, машин, топлива. Затраты энергии являются комплексной характеристикой любой технологической операции независимо от ценообразования и региона возделывания. В связи с исчерпаемостью мировых запасов нефти, потенциальной энергии гумуса и других природных ресурсов крайне нежелательно увеличение энергоемкости агротехнологий. В этой связи очень важным является разработка и применение менее энергоемких приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных культур (90, 216). Кроме того, необходимо учитывать, что избыточное внесение энергии наиболее пагубно сказывается в естественно энергоизбыточных и энергооптимальных регионах, где вносимая энергия оказывается физическим загрязнителем среды (Реймерс Н.Ф., 1990).
В современных условиях производство сельскохозяйственной продукции сопровождается резким увеличением энергозатрат. Наиболее высокая их доля приходится на минеральные удобрения - 46,8%. Для сравнения отметим, что на топливо и смазочные материалы в растениеводстве приходится 22,5% от общих энергозатрат (Коринец В.В., 1989). Причем, на использование удобрений и горюче-смазочных материалов расходуются невозобновляемые энергоресурсы. На долю возобновляемых источников энергии (семена и трудовые затраты) приходится всего 27,6%. Поэтому при определении оптимальных систем земледелия в обязательном порядке необходимо дать им энергетическую оценку. Для этого необходимо установить насколько они являются энергозатратными и в какой степени эти затраты окупаются энергией, накопленной в урожае.
Особое значение учет энергозатрат имеет при оценке применения удобрений, являющихся основным средством интенсификации растениеводства, а также при использовании основных способов обработки почвы.
Потоки вещества и энергии в агроэкосистемах в значительной мере определяются способами обработки почвы, прежде всего через изменения соотношения процессов минерализации гумуса. При этом сама обработка почвы является наиболее энергоемкой операцией и необходим поиск наиболее энергосберегающих технологий (Попов В.М., Попова Н.В., 1988; КоринецВ.В., 1991; Базаров Е.И., 1993). Способы основной обработки почвы должны быть направлены на максимальное использование естественных факторов среды, а также создание и рациональное использование биогенных ресурсов на формирование урожая при минимальных затратах невозобновляемых энергоресурсов.
В связи с этим, учитывая особую актуальность проблемы энергосбережения в современных условиях, при оценке эффективности удобрений и способов обработки мы рассчитали энергетические балансы по вариантам опыта. Расчет энергетической эффективности каждого варианта проводился по утвержденной Россельхозакадемией методике. Затраты на возделывание культур включали в себя лущение стерни, вспашку, снегозадержание, покровное боронование, культивацию, прикатывание почвы. Нами учитывались также энергозатраты на погрузку и транспортировку семян, их посев, энергетический эквивалент посевного материала, приготовление раствора пестицидов и обработку им семян, уборку урожая, транспортировку зерна, в том числе и в зернохранилище, его очистку, сортировку, а также перевозку соломы с поля, ее скирдование и доставку на фермы.
Затраты энергии при использовании минеральных туков складывались из энергетического эквивалента их стоимости, который определялся при помощи переводных коэффициентов, а также из стоимости на транспортировку и внесение их в почву.
При подсчете количества энергии, накопленной с урожаем, учитывалась не только масса зерна, но также и соломы, продуктивность которой с помощью переводных коэффициентов выражали в зерновых единицах. Одна тонна зерновых единиц приравнивалась по эквиваленту к одной тонне овса.
В нашем опыте больше всего накапливалось энергии в урожае озимой пшеницы, возделываемой по чистым парам (табл. 45). В зависимости от агрофона этот показатель для данной культуры колебался от 47634 до 51639 МДж/га. Под влиянием удобрений, вносимых под вспашку чистого пара, продуктивность озимой пшеницы увеличивалась на 1,73-1,86 т/га з.е., что с одной стороны давало дополнительно 11788-12634 МДж/га биологической энергии, а с другой - приводило к увеличению затрат энергии на возделывание и повышало энергоемкость 1 т продукции. Коэффициент энергетической эффективности при этом становился в 1,45-1,62 раза ниже, чем на контрольном варианте. Если же из удобрений на озимой пшенице использовалась только азотная подкормка, затраты на которую незначительные, а прирост энергии урожая довольно существенный (13334 МДж/га), то и коэффициент энергетической эффективности здесь один из самых высоких - 3,43 против 3,19 на контроле.
Яровые зерновые по сравнению с озимыми в степной части Поволжья отличались как меньшей продуктивностью, так и более слабой отзывчивостью на удобрения. Так, прибавки урожая проса от минеральных туков находились в пределах 0,46-0,54 т/га, у яровой пшеницы - 0,45-0,88 т/га. По отношению к контролю они увеличили приход валовой энергии соответственно на 3128-3672 и 3110-6002 МДж/га.
