Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 7
1.1 Взаимоотношения культурных и сорных растений в агрофитоценозах 7
1.2 Вредоносность сорных растений в агрофитоценозах 26
2 Объекты, условия и методика проведения исследований 40
2.1 Агроклиматические и почвенные условия 40
2.2 Схема опыта и условия проведения исследований 46
2.3 Методика проведения исследований 47
3 Вредоносность сорных растений в пшеничном агрофитоценозе 49
3.1 Характеристика сегетальной растительности 49
3.2 Запасы общей влаги в почве 60
3.3 Температурный режим почвы 64
3.4 Питательный режим почвы 66
4 Вредоносность сорных растений в рапсовом агрофитоценозе 76
4.1 Сорный ценоз рапсового агрофитоценоза 76
4.2 Запасы общей влаги в почве 86
4.3 Температурный режим почвы 90 4.4 Питательный режим почвы 92
5 Влияние сорных растений на урожайность, биоэнергетическую и экономическую эффективность выращивания пшеницы и рапса 102
5.1 Урожайность пшеницы 102
5.2 Биоэнергетическая и экономическая эффективность пшеничного агрофитоценоза 103
5.3 Урожайность рапса 105
5.4 Биоэнергетическая и экономическая эффективность рапсового агрофитоценоза 106
Выводы и предложения производству 108
Литература
- Вредоносность сорных растений в агрофитоценозах
- Схема опыта и условия проведения исследований
- Запасы общей влаги в почве
- Биоэнергетическая и экономическая эффективность пшеничного агрофитоценоза
Введение к работе
Актуальность темы. Сорные растения, присутствующие в посевах сельскохозяйственных культур, всегда являлись объектом пристального внимания. В России в начале 21 века сложилась тревожная ситуация с распространением сорных растений на полях. Процесс засорения полей связан со снижением общего уровня культуры земледелия. Большая засоренность полей требует дополнительного использования гербицидов. Химическая прополка часто приводит к нарушению экологического равновесия за счет резкого уменьшения видового разнообразия в агроэкосистемах и в большинстве случаев вызывает усиление вредоносности отдельных видов сорняков. По оценке В.А. Федоткина и др. (2004), ежегодные потери в Западной Сибири от сорняков составляют 3-4 млн. тонн высококачественного зерна.
Почти вся агрономическая литература по сорным растениям посвящена изучению вредоносности их для культур и разработке методов борьбы с ними. Слова Н.И. Вавилова (1957): «Бесспорно, что дикие формы, родственные современным культурным растениям, заслуживают такого же изучения, как сами культурные растения» не потеряли свою актуальность и на сегодняшний день.
Можно сказать, что сорная растительность выступает обязательным элементом структуры агрофитоценозов, а идея тотального истребления сорняков бессмысленна и практически неосуществима. Нужно изменить стратегию борьбы с сорным компонентом в сторону предотвращения массового размножения сорняков.
Для успешной защиты посевов от сорняков, необходимо исходить из теоретических основ их биологии. Прежде всего, надо учитывать, что сорные растения произрастают вместе с культурными растениями, и их количество в агрофитоценозах должно быть не больше биологических, экологических и экономических порогов вредоносности.
Знание экологических особенностей сельскохозяйственных культур, погодных условий зоны позволяют предвидеть видовой состав засорителей и наметить эффективные мероприятия для их подавления.
На первое место должно быть поставлено использование биологических свойств самих культурных растений, их средообразующей роли. Культурные растения, высеваемые человеком, считаются эдификаторами, и от степени их влияния на агрофитоценоз в значительной степени зависит засоренность посевов.
Влияние культурных растений на состояние сорной флоры представляет большой интерес. Главное направление в характеристике роли сорных растений - это оценка их вредоносности в посевах сельскохозяйственных культур. До настоящего времени в условиях Северного Зауралья не уделялось должного внимания изучению вредоносности сорняков. Это обусловило необходимость проведения исследований по данной теме.
Цель работы: Установить вредоносность сорного компонента в агрофитоценозах пшеницы и рапса.
Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
- изучить конкурентные взаимоотношения между культурным и сорным
компонентом в агрофитоценозе;
установить вредоносность сорняков в пшеничном и рапсовом агрофитоценозах;
исследовать влияние агроклиматических условий на видовой и количественный состав сорных растений;
- определить влияние сорных растений на экономическую и
энергетическую эффективность выращивания яровой пшеницы и рапса.
Научная новизна. Впервые в условиях Северного Зауралья установлены конкурентные взаимоотношения между культурой и сорными растениями в пшеничном и рапсовом агрофитоценозах. Определены зависимости количества и биомассы сорных растений от агроклиматических условий вегетационного
периода. Установлено влияние сорных растений на водный, температурный, питательный режимы почвы, урожайность сельскохозяйственных культур.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для выработки рекомендаций по повышению эффективности борьбы с сорной растительностью в агрофитоценозах и снижению затрат. В полевых опытах доказано существенное влияние сорняков на запасы влаги корнеобитаемого слоя почвы, его температуру, вынос питательных веществ, урожайность яровой пшеницы и рапса.
Защищаемые положения:
- сорный компонент в агрофитоценозе оказывает существенное влияние
на водный, температурный и питательный режимы почвы;
видовой и количественный состав сорного компонента в агрофитоценозе зависит от почвенно-климатических факторов;
- снижение сорного компонента в агрофитоценозе способствует
повышению урожайности и доходности выращиваемых культур.
Апробация. Основные положения работы докладывались на: ученых советах Агротехнологического института Тюменской ГСХА (Тюмень, 2002-2004 гг.); региональной конференции молодых ученых «Новый взгляд на проблемы АПК» (Тюмень, 2002 г.); региональной конференции молодых ученых «Молодые ученые в решение проблем АПК» (Тюмень, 2003 г.); областных и районных семинарах со специалистами сельского хозяйства (Тюмень, 2002-2005 гг.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в сборниках научных трудов молодых ученых.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 151 машинописной странице и содержит: введение, пять глав текста с 18 таблицами и 25 рисунками, выводы и предложения производству, список использованной литературы из 161 наименования, включая 19 работ зарубежных авторов, и приложения в составе 31 таблицы.
Вредоносность сорных растений в агрофитоценозах
Исследования по количественной оценке вредоносности сорно-полевых растений, несмотря на свою злободневность, имеют короткую историю. Сам факт наличия сорняков в посевах культурных растений неизбежно приводит к желанию прибегнуть к проведению истребительных мероприятий, хотя появление сорняков на полях не всегда представляет реальную угрозу урожаю. Большинство систем защиты растений разрабатывалось без учета вредоносности сорных растений, против которых рекомендовались меры борьбы. Вред от сорняков долгое время вообще описывался только качественно, а потери оценивались экспертно. Этому способствовало то обстоятельство, что при высокой повсеместной степени засоренности колхозных полей не было необходимости в дифференциации их по степени засоренности, тем более - по степени вредоносности сорняков. Практика не нуждалась в этих знаниях. Все поля требовали постоянной плановой защиты от сорняков, что и осуществлялось на практике.
С другой стороны, агрогеоботаники долгое время занимались только описанием сегетальной растительности и вопросами оценки вредоносности не интересовались. Несмотря на определенное развитие геоботанических взглядов на посевы сельскохозяйственных культур как на полноценные растительные ассоциации, экспериментальное направление агрофитоценологических исследований полевого растительного покрова пока не состоялось (Жуков, 2004).
ВИЗР относится к тем немногим институтам, где оценке вредоносности сорняков придавалось первостепенное значение (Воеводин, 1978; Воеводин и др., 1983; Воеводин, Зубков, 1986).
В настоящее время в ВИЗР оценка фитоценотических связей (взаимоотношений растений) в полевом агроценозе - одна из основных задач агробиоценологической диагностики фитосанитарного состояния посева (Зубков, 1995).
Среди гербологической тематики наименее продвинутой проблемой остается оценка вредоносности сорных растений при низкой и средней степени засоренности посевов. Вместе с этим, влияние культуры на состояние сорной растительности также представляет научный интерес. Это связано с тем, что различные сельскохозяйственные культуры по-разному могут взаимодействовать с сорняками. Влияние некоторых культурных растений (как правило, высокорослых) на сообщество сорных растений проявляется в гораздо большей степени, чем влияние сорняков на данную культуру. Такие культуры способны в определенной степени самоочищаться от сорняков.
Надо сразу отметить, что потери от сорняков и борьба с ними были всегда под неусыпным вниманием земледелов. Скорее всего, сорняки ими воспринимались на высоком уровне засоренности полей. Тем не менее, в агрономической литературе имеется много работ по общей оценке влияния сорняков на урожайность отдельных сельскохозяйственных культур. Значительно меньше работ по рассмотрению роли сорняков в определении урожайности в масштабах севооборота.
Установлено, что в агрофитоценозах севооборотов на высоких фонах удобрений сорняки лучше подавляются культурными растениями, чем на бедных. Наличие в культурном ценозе до 80 сорняков на м2 не препятствует получению 30-40 ц/га урожая зерновых за ротацию 7-польного севооборота. Отмечено, что среднюю засоренность посевов культурных растений, определенную за ротацию севооборота, можно считать экологическим (биологическим) порогом вредоносности (Угрюмов и др., 2000), который в зернопропашном севообороте с двумя полями гороха составляет 50-60, паро-зерновом и плодосменном -35-40 и пропашном - 40-45 сорняков/м . Для гороха экологический порог вредоносности сорняков 50-70 шт./м , озимой ржи - 20-30, яровых пшеницы и ячменя - 50-80, кукурузы на зеленую массу - 30-40, клевера -первого года пользования - 30-35, бобово-злаковой однолетней смеси для уборки на зеленую массу - 50-70 и для картофеля - 25-30 шт./м .
Ряд исследователей делают попытки прогноза засоренности полей сорными растениями (Алабушев и др., 1981; Матвеев и др., 1990). Возможность прогноза засоренности описана и в работе И.В.Дудкина (1999). Во ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии (г. Курск) были, в конечном итоге, разработаны и предложены к использованию формулы и уравнения по определению ожидаемой засоренности к моменту начала вегетации культуры, которые способны оценить уровень и тип засоренности посевов в следующем году, а также для любого года в пределах севооборота (Тарасов и др., 1987).
Существует несколько подходов к нахождению параметров, отражающих степень вредоносности сорняков. Некоторые исследователи, выращивая в модельных опытах совместно культурные растения и в определенном количестве сорняки конкретных видов, пытаются определить потери урожая. В таких посевах корреляция между числом сорняков и урожаем зерна может быть значительной только в том случае, если вместе с культурными растениями произрастают высококонкурентные сорняки.
Схема опыта и условия проведения исследований
В процессе исследований по вариантам опыта изучали: - влажность почвы термостатно-весовым методом в основные фазы развития растений до 1 м (через каждые 10 см) в 4-х кратной повторности по общепринятой методике; - запасы влаги рассчитывали по данным влажности и плотности почвы (Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, A.M. Туликов, 1987); - наименьшую влагоемкость путем залива площадок. Пробы отбирались через сутки в центре заливаемых площадок в 6-ти кратном повторении через каждые 10 см до 1 м. После взятия образцов на влажность площадки закрывались. На следующий день отбор образцов повторяли; - температуру пахотного слоя почвы (0-20 см) термометрами ТПВ-50 в течение вегетации растений, через трое суток в 14 часов местного декретного времени; - освещенность поверхности почвы люксметром Ю-16 на всех вариантах опыта в течение вегетации культуры.
Определение физико-химических свойств почвы и содержание питательных веществ в образцах, отобранных по глубинам 0-10 и 0-30 см на всех опытных участках по общепринятым в почвоведении методикам: - рН потенциометрическим способом; - гидролитическую кислотность и сумму поглощенных оснований методом Каппена-Гельковица; - подвижные формы основных питательных веществ в основные фазы развития культуры: фосфор - по А.Т. Кирсанову с последующим определением на фотоколориметре; калий - по А.Д. Масловой на пламенном фотометре; нитратный азот - по Гранваль-Ляжу в свежих почвенных образцах. Содержание питательных веществ в растительных образцах определяли по методике ВИК. Вынос питательных веществ культурными и сорными растениями определяли по методике ЦИНАО (2000).
Засоренность на варианте: культура с сорными растениями, определяли количественным методом в фазу кущения, колошения яровой пшеницы; в фазу розетки листьев, цветения ярового рапса; перед уборкой культуры количественно-весовым методом в 6-кратной повторности. На варианте: культура без сорных растений, засоренность определяли количественно-весовым методом в фазу кущения пшеницы и розетки листьев рапса в 6-кратной повторности (Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, A.M. Туликов, 1987). Удаление сорных растений проводили вручную.
Фенологические наблюдения проводили по методике ГСУ. Учитывали урожайность сплошным методом в фазу полной спелости. Математическую обработку результатов опытов выполняли методом вариационной статистики по Б.А. Доспехову (1985) и О.И. Сорокину (2004) с использованием ЭВМ.
Биоэнергетическую и экономическую оценку в пшеничном и рапсовом агрофитоценозах рассчитывали по методике СибНИИСХоза (А.Ф. Неклюдов, 1993) и ТГСХА (Н.В.Абрамов, Г.П. Селюкова, 2000).
Известно, что агрофитоценоз характеризуется определенным флористическим составом, структурой, взаимоотношениями друг с другом и окружающей средой.
В течение трех лет мы изучали видовой и количественный состав сорных растений в пшеничном агрофитоценозе. За три года исследований в посеве яровой пшеницы встречалось 16 видов сорных растений, относящихся к 11 семействам (табл. 3.1).
Запасы общей влаги в почве
На развитие отношений между культурными и сорными растениями влияют условия увлажнения. Известно, что все жизненные процессы в растениях идут нормально только при достаточном их снабжении водой в течение всего вегетационного периода.
В течение трех лет нами изучались запасы влаги метрового слоя почвы на двух вариантах опыта: с сорными растениями и без них.
Нами было установлено, что запасы влаги в почве зависят прежде всего, от количества осадков, а также от фазы развития культурного и сорного компонентов. Так, в 2001 г. в течение вегетационного периода (май-сентябрь) выпало 290,1 мм осадков, что составляет 102,1% среднемноголетней нормы. Запасы влаги в метровом слое почвы на засоренных делянках в среднем за вегетацию по срокам определения составили 264,6 мм. Это на 17,7 мм меньше, чем на чистых от сорняков делянках. Изменение запасов влаги происходило и в верхней части профиля, причем наиболее заметно в слое 0,5 м. Разница между чистым и засоренным вариантами составила 8,6 мм (4,7 %). В третьей декаде июля и в августе осадков выпало меньше нормы на 29,5 мм (70 %), что способствовало снижению запасов влаги в 0,3 м слое на 21,1 — 27,5 мм. В среднем за вегетацию влажность корнеобитаемого слоя составила 60,6 % наименьшей влагоемкости, т.е. была на нижней границе оптимума. В верхнем полуметровом слое она составила 65,1 /о. На глубине 0,6-1,0 м запасы влаги изменялись в течение вегетации (128,4 - 166,9 мм). Данные цифры подтверждают, что рапс влаголюбивая культура и влагообмен происходил по всему метровому слою почвы.
Максимальное количество осадков (423 мм) за вегетационный период выпало в 2002 г., что составило 148,8 % среднемноголетней нормы. Особенно много осадков выпало в мае и в июне, 216,2 % и 219 % нормы соответственно (рис. 4.5).
Влажность метрового слоя почвы в течение вегетации не опускалась ниже величины наименьшей влагоемкости и даже незначительно превышала ее. На делянках с сорным компонентом влажность почвы в 0,3 м слое в течение вегетационного периода составила 84,6 % НВ; в полуметровом - 86,4 % НВ. Необходимо отметить, что на глубине 0,6-1,0 м запасы влаги в течение всего вегетационного периода превышали величину НВ на 20,1 - 43,3 мм (15-33 %).
Самым засушливым оказался вегетационный период 2003 г., когда выпало 232,4 мм осадков (81,8 % нормы). Дефицит осадков существенным образом отразился на запасах влаги в почве. В отличие от предыдущего 2002 г. средневегетационные запасы влаги в метровом слое составили 76 % НВ. Для 0,3 и 0,5 м слоев, соответственно 61,6 и 63,9 % НВ. Минимальная влажность в корнеобитаемом слое почвы была в третьей декаде июля и в августе (50,1 -50,9 % НВ), в фазу образования стручка ярового рапса.
В среднем за три года исследований запасы влаги в корнеобитаемом слое на чистых от сорняков делянках были выше: в фазу розетки листьев - на 1,2 мм, цветения - на 6,9 мм, стручка - на 2,8 мм. Во влажный вегетационный период 2002 года сорные растения оказали минимальное влияние на запасы влаги в почве (прил. Н). В среднем за вегетацию преимущество чистых делянок перед засоренными по запасам влаги не превышало 0,6 - 4,5 мм (0,5-1,4 %). Причина этого явления заключается в том, что при избыточно высокой влажности и низкой температуре почвы, как отмечалось ранее, слабо развивались культурный и сорный компоненты агрофитоценоза. В данном случае особенно ярко проявился дефицит тепловых ресурсов. Корреляционный анализ подтвердил сделанный нами вывод. Количество и биомасса сорняков в большей степени зависели от температуры воздуха с коэффициентом корреляции (г=0,77). При недостатке тепла связь между количеством сорняков и осадками менее тесная (г=0,13).
В типичный по осадкам и с повышенной температурой воздуха 2001 год сорные растения развивались активнее, чем в 2002 году. Поэтому в среднем за вегетацию запасы влаги на чистых делянках были выше, по сравнению с засоренными, на 3,9 % (4,5 мм) в 0,3 м слое, на 4,7 % (8,6 мм) в 0,5 м слое и на 5,9 % (7,6 мм) в 0,6-1,0 м слое (прил. М). Перед уборкой различия в метровом слое почвы составили 43,7 мм (13,9 %). Выпавшие обильные осадки (33,1 мм) повысили запасы влаги в почве, которые использовались вегетирующими зимующими и многолетними сорняками. Данными 2001 года нами установлена корреляционная связь между количеством сорных растений и температурой воздуха с коэффициентом корреляции (г=0,85). Высокая температура воздуха способствовала интенсивному прогреванию почвы и активному росту сорняков. Их развитие, кроме тепла, напрямую зависело от количества выпавших осадков с коэффициентом корреляции (г=0,71).
В результате проведенных исследований нами установлено, что в острозасушливый 2003 г. сорные растения оказывают наибольшее влияние на запасы влаги в почве. В среднем за вегетацию запасы влаги в метровом слое на чистых делянках были на 8,5 мм (2,7 %) больше, чем при наличии сорняков (прил. П). По профилю почвы это выглядело следующим образом: в слое 0,3 м - на 4,1 мм (3 %), 0,5 м - на 6,2 мм (3,4 %), на глубине 0,6-1,0 м - на 0,9 мм (0,7 %). Активный влагообмен проходил в полуметровом слое почвы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что влажность почвы существенно зависит от экологических факторов (осадки, температура воздуха).
Биоэнергетическая и экономическая эффективность пшеничного агрофитоценоза
Современный этап земледелия требует новых подходов к использованию потенциала культурных растений и энергетических факторов (почвенных, климатических) без дополнительного привлечения не возобновляемых источников энергии (Малиенко, Чернышевский, 1993).
По данным И.А. Васько, А.В. Яковенко, Г.И. Романова (1986), при современном уровне развития растениеводства увеличение урожайности культур в 2-3 раза требует повышения энергии в 10-15 раз. Запасы энергии не безграничны, поэтому необходима разработка энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Необходимость использования энергетической оценки обусловлена возрастающими энергозатратами в сельском хозяйстве.
В наших исследованиях биоэнергетическая оценка проводилась по следующим показателям: затраты антропогенной энергии, выход валовой энергии в урожае, энергоемкости, приращению валовой энергии, энергетическому потенциалу, энергопотенциалу по ФАР, энергопотенциалу почвы по гумусу (табл.5.2).
Формирование различной урожайности оказывает влияние на выход валовой энергии в урожае. Сорный компонент снижает выход валовой энергии в урожае на 17,5 %. При этом энергоемкость 1 ц зерна была одинаковой на обоих вариантах - 1,631 ГДж/га. При анализе биоэнергетической эффективности необходимо обратить внимание на энергетический коэффициент и приращение валовой энергии.
Приращение валовой энергии на засоренном меньше на 22,1 %, чем на чистых делянках; энергетический коэффициент - на 9,3 %.
Для полного анализа эффективности пшеничного агрофитоценоза необходимо сравнение изучаемых вариантов с экономической точки зрения (табл.5.3).
В наших исследованиях экономическая эффективность определялась по следующим показателям: стоимости продукции, затратам, себестоимости, прибыли и уровню рентабельности. Себестоимость 1 ц зерна пшеницы в среднем за три года на чистом варианте на 270 руб. (17,1 %) ниже, чем при наличии сорняков. Прибыль с 1 га возросла на 979 рублей (48,6 %).
При средней степени засоренности (11,5 %) урожайность семян рапса в 2001 г. была на 0,31 т/га ниже, чем на чистых делянках (табл. 5.4). В 2002 г. в связи с поздним сроком посева (5 июня), из-за переувлажнения почвы, а также недобора суммы эффективных температур в течение вегетации (13 % к средней многолетней нормы) урожай семян рапса не был получен. В 2003 г. из-за дефицита влаги в корнеобитаемом слое почвы урожайность на обоих вариантах оказалась практически одинаковой (прил. Э). Следует отметить, что она была ниже на 37,1 - 56,7 % по сравнению с 2001 г.
Корреляционный анализ подтвердил зависимость урожайности семян рапса от биомассы сорных растений (г=-0,94). При численности сорняков от 14 до 72 шт./м потери урожая семян рапса составили от 16,2 до 26,7 %. Зависимость урожайности рапса от численности сорных растений (г=-0,45).
Сорные растения снизили выход валовой энергии в урожае на 2,65 ГДж/га (10,9 %), Приращение валовой энергии в чистом варианте на 21,9 % больше, чем при наличии сорных растений. Энергетический коэффициент при этом возрастает на 7,3 % (табл. 5.5).
Полученные данные свидетельствуют о снижении энергетической эффективности рапсового агрофитоценоза при наличии в нем сорного компонента.
Кроме этого, нами был проведен экономический анализ данных по урожайности семян рапса (табл. 5.6).
Стоимость продукции с 1 га без сорных растений выше на 562 рубля. Себестоимость 1 ц рапса в среднем за три года на чистых делянках меньше на 64 рубля (2,6 %). Прибыль выше на 363 рубля (29,9 %), уровень рентабельности на 8,4 %.
На основании вышеизложенного следует, что снижение засоренности посевов эффективный способ уменьшения энергозатрат и повышения рентабельности.
