Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты основной обработки почвы в сочета нии с удобрениями 6
1.1. Краткая история развития научных представлений о минимизации обработки 6
1.2. Влияние обработки почвы и удобрений на ее агрофизические, агрохимические, биологические свойства и засоренность посевов 10
1.3. Изменение урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием механических обработок почвы и систем удобрений 23
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 26
2.1. Характеристика зоны исследований 26
2.2. Характеристика места и условий проведения опыта 28
2.3. Методика проведения исследований 32
2.4. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур в опыте 34
Глава 3. Результаты исследований
3.1. Влияние системы основной обработки и удобрений на влажность почвы 38
3.2. Плотность почвы под сельскохозяйственными культурами севооборота в зависимости от систем удобрений и основной обработки 46
3.3. Изменение содержания нитратного и аммиачного азота под влия нием различных систем обработки почвы и удобрений 55
3.4. Биологическая активность обрабатываемого слоя почвы 65
3.5. Изменение почвенной структуры под влиянием систем обработки и удобрений 72
3.6. Влияние систем обработки и удобрений на засоренность посевов... 77
3.7. Урожайность культур и продуктивность севооборота в зависимости от системы удобрений и основной обработки почвы 80
3.8. Экономическая и биоэнергетическая эффективность культур сево-оборота при различных приемах обработок почвы и удобрений Выводы 101
Предложения производству 104
Список использованной литературы
- Влияние обработки почвы и удобрений на ее агрофизические, агрохимические, биологические свойства и засоренность посевов
- Изменение урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием механических обработок почвы и систем удобрений
- Характеристика места и условий проведения опыта
- Изменение содержания нитратного и аммиачного азота под влия нием различных систем обработки почвы и удобрений
Введение к работе
В системе земледелия лесостепи Среднего Урала отвальная обработка, успешно мобилизующая почвенное плодородие на формирование урожая, занимает ведущее место. Но она имеет определенные недостатки. Одним из них является большая энергоемкость. С переходом к рынку ресурсосбережение стало одним из условий эффективного сельскохозяйственного производства. Минимальные обработки в таких условиях оказались более предпочтительными. Однако и их применение сопряжено с возникновением серьезных проблем; на их фоне растет засоренность, развиваются болезни. Ослабления недостатков минимальной обработки можно добиться, используя удобрения и гербициды. Именно этой проблеме посвящена диссертационная работа, что определяет ее актуальность.
Цель работы - экспериментальная проверка эффективности системы основной обработки серой лесной почвы в зернотравяном севообороте при использовании минеральных, органических удобрений и гербицидов.
Для ее достижения необходимо было решить следующие задачи:
Установить характер и степень воздействия систем основной обработки и удобрений на агрофизические, агрохимические свойства почвы, ее биологическую активность.
Определить влияние отвальной, плоскорезной и комбинированной обработок в сочетании с минеральными, сидеральными удобрениями, соломой на урожайность культур зернотравяного севооборота и продуктивность пашни.
Дать экономическую и биоэнергетическую оценку систем основной обработки почвы и удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур в зернотравяном севообороте.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые в лесостепи Среднего Урала проведено исследование комплексного влияния отвальной, плоскорезной, комбинированной обработок в сочетании с минеральными, сидеральными удобрениями и соломой в зернотравяном севообороте. Учитывая широкое распространение серых лесных почв в структуре пашни Уральского
региона и недостаточность исследований на уровне природно-сельскохозяйственных зон изучено взаимное действие влияния обработок почвы и удобрений на изменение агрофизических, агрохимических, биологических свойств, засоренность посевов и продуктивность культур севооборота.
Изучение показателей, составляющих основу формирования урожая, позволило научно обосновать преимущества и недостатки разных систем основной обработки почвы на фоне доз удобрений, рассчитанных на бездефицитный баланс питательных веществ в современных условиях.
Практическая ценность диссертации заключается в том, что ее результаты позволяют сделать обоснованный выбор в пользу определенной системы обработки в зернотравяном севообороте. Применение отвальной системы обработки почвы обеспечивает лучшие, по сравнению с другими системами, показатели производства продукции, ее себестоимости, прибыли и рентабельности. Применение минеральных удобрений в дозе, рассчитанной на бездефицитный баланс элементов питания и их сочетания с органическими обеспечивает рост урожайности культур более чем на 30 процентов, однако в современных условиях хозяйствования оно экономически неэффективно, т.к. ведет к росту себестоимости продукции, уменьшению прибыли и снижению рентабельности.
Внедрение данной разработки проведено в 2003-2005 гг. в ОПХ «Исток» Свердловской области на площади 350 га.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции УрГСХА (город Екатеринбург, 2001), Всероссийской школе молодых ученых «Агротехнологии в современном земледелии» (город Суздаль, 2003), научно-практической- конференции Уральский НИИСХ (город Екатеринбург, 2005), на Ученом совете Уральского НИИСХ (г. Екатеринбург, 2008).
По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей, в т.ч. две в журналах, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссетрации.
Влияние обработки почвы и удобрений на ее агрофизические, агрохимические, биологические свойства и засоренность посевов
Глубокие исследования по вопросу почвенной структуры проведены В.Р. Вильямсом (1951) и другими учеными.
В настоящее время для различных типов почв установлены свои параметры агрегатного состава. По данным В.Ф. Трушина, Э.Ф. Крылова (1990), в условиях Среднего Урала оптимальный показатель содержания агрегатов размером 0,25-10,0 мм для серых лесных почв составляет 60-70 процентов по сухому просеиванию и 55-60 процентов по мокрому.
В литературе имеются противоречивые мнения о роли обработки почвы в процессе структурообразования. И.П. Макаров, Г.Д. Аверьянов, М.С. Матюшин (1984); отрицают возможность посредством обработки почвы направить процесс структурообразования в сторону увеличения агронономически ценных агрегатов. Э.Ф. Крылов (1975); В.М. Новиков и др. (2006); R.Q. Cannell (1985) придерживаются полярного мнения.
В.Р. Вильяме (1951) писал, что ежегодная культурная вспашка под однолетние культуры, перемещая верхний, разрушенный слой вниз, восстанавливает его структуру в нижнем горизонте пахотного слоя.
По мнению Т.С. Мальцева (1975) разрушают структуру не сами однолетние растения, а ежегодная вспашка с переворачиванием пахотного слоя. Работами П.А. Костычева (1951) доказано, что длительная вспашка целинного чернозема сопровождается разрушением структуры, образованием пыли и глыб. Но в течение одной вегетации по вспашке не происходит разрушение почвенной структуры.
Исследованиями В.Ф. Трушина, С.К. Мингалева, С.А. Маланичева (1990) в условиях Среднего Урала было установлено, что в различных системах обработки почвы при включении приемов минимизации происходило увеличение количества водопрочных агрегатов в слоях 10-20 см и особенно 20-30 см, где их было больше, чем при ежегодной вспашке на глубину 22-25 см. По данным Х.Х. Хабибрахманова, И.И. Долотина (1980), длительное применение плоскорезной обработки (в течение 16 лет) на выщелоченном черноземе увеличивало количество водопрочных агрегатов и уменьшало на вспашке. Аналогичные данные получены Н.И. Картамышевым, Н.Ф. Гончаровым (1986). А.К. Киреев (1995) констатирует, что на легкосуглинистом черноземе в варианте с безотвальной обработкой количество водопрочных агрегатов было больше, чем после вспашки. На других типах почв также было установлено преимущество плоскорезной обработки по содержанию агрономически ценной структуры в сравнении со вспашкой. В опыте А.И. Пупонина и Н.Ф. Хохлова (1984) систематическое применение плоскорезных обработок на дерново-подзолистой почве увеличивало содержание водопрочных агрегатов.
И.П. Котоврасов, В.Б. Павловский, В.Ф. Ващук (1990) считают, что тенденцию к улучшению или ухудшению структурного состояния почвы можно обнаружить только в длительных опытах. Ими было показано, что только на четвертый год наметилась устойчивая тенденция к снижению количества водопрочных агрегатов на варианте с систематической поверхностной обработкой почвы дисковой бороной. Почва оказалась лучше оструктуренной в варианте с ежегодной вспашкой. Плоскорезная обработка приводила к увеличению глыбистости на 10 процентов по сравнениюсо вспашкой.
Приведенный материал показывает, что как отвальная вспашка, так и плоскорезная обработка имеют свои преимущества и недостатки. С целью уменьшения отрицательных последствий этих обработок широко внедряется комбинированная система, включающая использование отвальных и безотвальных приемов под отдельные культуры.
Такая система обработки почвы в севообороте создает лучшее сложение пахотного слоя по сравнению со вспашкой (O.K. Боронтов и И.М. Никульни-ков, 1998).
Вместе с тем одной обработкой, какой бы прогрессивной она ни была, хорошей структуры, строения и сложения пахотного слоя создать невозможно. Поэтому для улучшения этих показателей, наряду с наиболее эффективной разноглубинной обработкой, применяются севообороты с использованием органических (сидерат, солома) и минеральных удобрений (Р.Я. Рамазанов и др., 2001; И.В. Русакова и др., 2003; А.С. Акименко и др., 2004; Е.П. Божко, СИ. Баршадская, Л.Н. Вышегородцева, 2005; W.R. СШ, 1959).
Важную роль в улучшении структуры почвы играют зеленые удобрения. В процессе разложения зеленой массы запаханных растений образуются соединения, обладающие клеющими свойствами. Они обеспечивают прочность структурных агрегатов, повышение устойчивости почв к уплотнению.
Действенным приемом в улучшении структуры почвы в условиях Среднего Урала является внесение соломы яровых зерновых и зернобобовых культур. Гороховая солома, вносимая в количестве 4,5 т/га ежегодно, по своей структурообразующей способности незначительно уступает вариантам с внесением полного минерального удобрения и зеленой массы клевера. Применение одних минеральных удобрений (по 60 кг действующего вещества азота, фосфора и калия) не оказало существенного влияния на структуру серой лесной почвы (Решетников И.П., 1983).
Плотность почвы является одним из важнейших ее свойств, которое определяется как природными факторами, так и характером антропогенного воздействия - в первую очередь системой обработки почвы, севооборотом и системой удобрений. В значительной степени она зависит от почвообразующей породы, соотношения механических элементов, плотности структурных агрегатов и их взаимного расположения.
Изменение урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием механических обработок почвы и систем удобрений
Урожайность сельскохозяйственных культур - важнейший критерий эффективности любого агротехнического мероприятия.
Целесообразность использования приемов минимальной обработки почвы без снижения урожайности полевых культур доказана результатами многочисленных исследований и в различных почвенно-климатических зонах, в т.ч. и на Урале (В.А. Арнт, 1993; Ю.И. Выгузов, Н.Н. Зезин, 1986; B.C. Епифанов и др., 1984; И.П. Решетников, A.M. Соболев, 1984; В.Ф. Трушин, Э.Ф. Крылов, 1990).
Длительное применение дискования и фрезерования на 8-10 см в качестве основной обработки чернозема оподзоленного Среднего Урала на фоне с удобрениями и гербицидами обеспечивало получение равноценных урожаев зерновых и зернобобовых культур как и вспашка (В.А. Кравченко, 1992; В.Ф. Трушин, Э.Ф. Крылов, 1990).
Высокую эффективность плоскорезной обработки, особенно в засушливые годы и в районах с недостаточным количеством влаги, отмечает В.А. Арнт (1993).
Получение высоких урожаев зерновых культур базируется на подборе лучших предшественников, энергосберегающей обработке почвы, оптимальных сроков сева, внесения умеренных доз удобрений, применения средств защиты растений (В.Н. Федорищев, Н.А. Старовойтов, 1999).
В то же время имеются и противоречивые данные, указывающие на снижение урожайности культур при минимализации обработок почвы вследствие увеличения засоренности посевов (В.Д. Колтун, М.П. Колтун, 1989).
Между тем, высокой эффективности можно добиться при комбинированных системах обработки с приемами, разными по интенсивности и глубине, с учетом условий, складывающихся на поле, длительности их применения, реакции культур, погодных условий и др. (В.Ф. Трушин, С.К. Мингалев, С.А. Маланичев, 1990).
Комбинированная и плоскорезная обработки дерново-подзолистых почв обеспечили прибавку урожая овса на 1,8-2,9 ц/га (Б.Н. Воронин и др., 1992).
Не снижало урожайность сочетание отвальной и плоскорезной обработок в системе основной обработки почвы (Н.Т. Воронова, 1990), чередование глубокой вспашки (на 30-32 см) с поверхностной обработкой (на 8-10 см) в исследованиях Башкирского СХИ (М.М. Хамидуллин и др., 1990).
В засушливую осень в условиях Среднего Урала при невозможности получения качественной зяби рекомендуется проведение безотвальной обработки на глубину не менее 14 см, что позволяет получить урожай ячменя на 1,9-3,9 ц/га выше по сравнению с зяблевой вспашкой (Ю.И. Выгузов, Н.Н. Зезин, 1986). В годы с достаточным увлажнением на невспаханных с осени полях, под зерновые культуры рекомендуется применять не только отвальную вспашку, но дискование и плоскорезную обработку на 14-16 см.
В результате изменения условий среды, а также неодинакового роста и развития культурных растений при различных способах основной обработки почвы была и неодинакова их урожайность. При этом в разных почвенно-климатических зонах зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от способов обработки различная (В.Ф. Трушин, 1969, 1970) отдают предпочтение основной обработке пласта, а Н.Г. Данилов (1978) безотвальными и поверхностными обработками.
Наибольшее долевое участие в формировании урожая сельскохозяйственных культур оказывают удобрения (В.В. Окорков, 2005). В опытах А.И. Краев-ского, Г.И. Полуэктова, Н.Е. Богатырева и др. (1981), прибавка урожая зерна ячменя от внесения минеральных удобрений колебалась от 8,2 до 10,1 ц/га, в исследованиях В.Ф. Ладонина (1985) при выращивании пшеницы внесение азота, фосфора и калия в дозе по 90 кг д.в./га повысило урожайность на 8,1 и/та, а в опытах А.С. Акименко и др. (2004) прибавка урожайности озимой пшеницы составила 5,9 ц/га.
Высокая эффективность удобрений проявляется лишь в посевах, надежно защищенных от сорняков. Совместное или последовательное применение удобрений и гербицидов повысило коэффициент использования туков и фитоток-сичность гербицидов, обеспечив существенный прирост урожайности (Н.З. Ми-лащенко, 1999).
В исследованиях ТСХА прибавка пшеницы от применения гербицидов и удобрений составила 2,2 ц/га. Взаимодействие этих факторов, обеспечивает увеличение урожайности пшеницы на 6,5 ц/га (В.Г. Минеев, В.Ф. Ладонин, 1987).
В условиях Среднего Урала длительное применение дискования и фрезерования на 8-10 см в качестве основной обработки чернозема оподзоленного на фоне с удобрениями и гербицидами обеспечивает получение равноценных урожаев зерновых и зернобобовых культур, что и по вспашке на глубину 22-25 см. Без применения минеральных удобрений осенние поверхностные обработки почвы можно применять вместо вспашки в течение 2-3 лет.
Характеристика места и условий проведения опыта
Кольцовский опытный участок Уральского НИИСХ, где проводились опыты, расположен на окраине г. Екатеринбурга. Серая лесная почва опытного участка относится к почвенной разности, широко распространенной в лесо степной зоне Среднего Урала. Гумусовый горизонт на опытном участке имеет мощность 20-25 см и содержит гумуса 4,3-4,6 процента, подвижного фосфора 17,5-18,8 мг/100 г почвы, обменного калия 15,3-16,7 мг/100 г, рН в гумусовом горизонте составляет 6,0, сумма поглащенных оснований 25-40 мг-экв./100 г почвы.
Вегетационный период составляет 160-170 дней. Средняя сумма положительных температур - 1780 градусов. Из 494 мм годовых осадков 2/3 выпадает в теплое время года. Гидротермический коэффициент составляет в среднем 1,46.
Погодные условия в годы проведения исследований были различными.
В 1998 г. отмечено значительное запаздывание полевых работ, переход через температуру 5 градусов наблюдался 3 мая, что на 9 дней позднее сред-немноголетней даты. Несмотря на сокращение продолжительности вегетационного периода, сумма положительных температур и количество осадков находилось на уровне среднемноголетних показателей. Сумма эффективных температур заметно превышала норму за счет высокой температуры воздуха в летние месяцы. В отдельные декады превышение составляло более 1-5 градусов (таблица 1). Высокие температуры в третьей декаде мая и первой половине июня, недостаток влаги существенно повлияли на рост и развитие пшеницы. ГТК составил 1,62. В целом год был не совсем благоприятен для роста и развития кормовых и зерновых культур ввиду непродолжительного вегетационного периода.
В 1999 г. переход температуры воздуха через 5 градусов отмечен в обычные сроки, что позволило начать полевые работы в третьей декаде апреля. Понижение среднесуточной температуры в первой и второй декадах мая на 1,9-2,4 градусов по сравнению со среднемноголетней и выпадение-снега заметно задержали появление всходов. В начале летнего периода также наблюдался недобор суммы эффективных температур, а количество осадков в июне составило всего 65 процентов от нормы (таблица 2).
В 2000 г. переход температуры воздуха через 5 градусов отмечен 15 апреля, что на 7 дней раньше средней многолетней даты (24 апреля). Продолжительность вегетационного периода составила 160 дней (с 15 апреля по 22 сентября). Сумма положительных температур 2221 градусов, что выше средне-многолетнего показателя на 108 градусов. Сумма осадков за этот период составила 462 мм или 126 процентов к среднемноголетнему уровню. Понижение среднесуточной температуры в первой и второй декадах мая на 2,6-5,9 градусов по сравнению со среднемноголетней и выпадение обильных осадков (на 166 процентов выше нормы) заметно задержали появление всходов яровых культур. Выпадение достаточного количества осадков в июне и среднесуточная температура месяца на 2,9 градусов выше среднемноголетней, способствовали хорошему развитию стеблестоя. Несмотря на засушливые условия во второй декаде июля, когда выпало всего 3,1 мм осадков, а температура воздуха составила в среднем 21,4 градусов, растения смогли противостоять засухе. В августе количество осадков превысило норму на 68,1 мм, что задержало созревание зерновых культур. Метеоусловия этого года были более благоприятными для развития клевера, чем зерновых культур. Гидротермический коэффициент составил 1,72 (при норме 1,67).
Безморозный период 2001 г. характеризовался большой продолжительностью (174 дня, что больше среднемноголетней на 11 дней и на 14 дней к предыдущему году. Температурный режим был в пределах нормы с хорошей вла-гообеспеченностью. Значительный избыток осадков отмечен в начале мая, конце июня, середине июля и августа. Температурный режим за вегетацию был на уровне среднемноголетнего 11,6 градусов. Понижение температуры отмечено в первой декаде мая 13 градусов, в третьей декаде июня-14,6 градусов и первой декаде июля 14,6 градусов, однако на рост и развитие растений это не повлияло. На протяжении всего вегетационного периода погодные условия способствовали активному росту культур. ГТК составил 2,00.
Погодные условия 2002 г. в течение вегетационного периода имели заметные отклонения от среднемноголетних данных. Так, продолжительность периода с температурой воздух выше 10 градусов составила всего 94 дня (при норме 124), сумма положительных температур ниже на 350 градусов, количество осадков - меньше на 85 мм по сравнению с многолетними. Полевые работы начаты в конце третьей декады апреля, а посев- проведен 6 мая. В мае вторая и третья декады характеризовались избытком осадков и пониженными температурами. Отклонения от нормы составили соответственно 29 и 21 процентов. Недостаток тепла существенно повлиял на появление всходов, начало фазы на зерновых культурах отмечено лишь на 17-й день. Примерно такие же условия наблюдались и в первой декаде июня, когда выпала тройная норма осадков, а среднесуточная температура воздуха была.меньше на 3 градусов среднемноголетней. В целом за месяц выпало 106 мм осадков, что на 55 процентов больше нормы при пониженной температуре воздуха на 2,1 градусов. Наступление основных фаз развития растений как зерновых, так и кормовых культур, происходило с опозданием на 10-12 дней. ГТК составил 1,33.
Изменение содержания нитратного и аммиачного азота под влия нием различных систем обработки почвы и удобрений
Важнейшими для культурных растений элементами азотного режима почвы является процессы накопления и расходования его нитратной и аммиачной форм в верхнем слое 20-30-сантиметровом слое почвы, где концентрируется основная масса корней.
Влияние систем обработки почвы на динамику нитратного азота рассмотрим на неудобренном фоне на трех полях севооборота, занимаемых зерновыми культурами. Как видно по результатам наблюдений, положительное влияние отвальной системы на нитрификационные процессы, по сравнению с плоскорезной и комбинированной, наблюдается лишь в начале вегетационного периода (таблица 16). В фазу выхода в трубку оно совершенно отсутствует; более того, судя по полученным данным, отвальная обработка даже уступает комбинированной. Дальнейшие колебания не обнаруживают каких-либо устойчивых закономерностей. Можно отметить лишь тенденцию заметного падения содержания нитратов в почве в фазу выхода в трубку и поддержание в дальнейшем на довольно низком уровне.
Внесение в составе минерального удобрения 80 кг/га действующего вещества азота существенно повышает концентрацию нитратов в почве в фазу всходов и выхода в трубку зерновых злаков (таблица 17). Положительное действие сидератов на содержание нитратного азота статистически достоверно в фазу трубкования. В эту же фазу явны отрицательные последствия внесения соломы, что, очевидно, связано с деятельностью целлюлозоразлогающих микроорганизмов. В следующих фазах развития зерновых влияние систем удобрений по содержанию нитратного азота не обнаруживается.
Исследование совместного действия факторов обработки и удобрений подтвердило слабое влияние на содержание аммиачного азота в почве систем обработки (таблица 23). Более заметным оказалось действие удобрений, причем не только комбинации 1 Г8оРбоКбо+сидерат+солома, но и одних минеральных. В фазу выхода злаковых культур в трубку и следующие зашей происходит нивелирование различий между вариантами.
Анализ данного материала по влиянию систем обработки почвы и систем удобрений на содержание в почве доступных растениям форм азота позволяет сделать следующие выводы:
1. Отвальная система обработки создает несколько лучшие условия для азотного питания растений в начале вегетационного периода; к выходу зерновых злаков в трубку и, особенно, в более поздние фазы различия между системами обработки нивелируются.
2. Использование минеральных удобрений обеспечивает более высокое содержание нитратного азота в почве в период всходов и выхода в трубку зерновых злаков. Применение сидеральных удобрений интенсифицирует процессы накопления нитратов, особенно в фазу трубкования. Внесение соломы отрицательно влияет на накопление в верхнем 30-сантиметровом слое почвы нитратного азота. Применение удобрений позволяет устранить различия по содержанию почвенных нитратов в начале вегетационного периода между системами обработки. К фазе колошения культур различия между системами удобрений нивелируются.
4. На содержание в верхнем слое почвы аммиачного азота наиболее заметное влияние оказывает применение различных сочетаний минеральных и органических удобрений, особенно совместное применение минерального удобрения, соломы и сидерата. Воздействие обработки почвы на содержание в почве аммиачного азота проявляется слабо.
5\ Во второй половине вегетационного периода различия между системами обработки и удобрений по содержанию почвенных нитратов нивелируются.
