Формирование высокопродуктивных агрофитоценозов и разработка элементов биологизации системы земледелия в степной зоне Северного Кавказа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Формирование высокопродуктивных агрофитоценозов и разработка элементов биологизации системы земледелия в степной зоне Северного Кавказа

06.01.09 - растениеводство

06.01.01 - общее земледелие

Авдеенко Алексей Петрович

п. Персиановский - 2009

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Проблема стабилизации агроэкосистем в России с каждым годом приобретает все большее значение, особенно в регионах с высокоразвитым зерновым хозяйством. Увеличение производства высококачественного зерна озимой пшеницы в южных регионах России имеет приоритетное значение, и решение этой задачи в значительной мере определяется совершенствованием существующих и разработкой новых технологий возделывания, рациональным использованием пашни и переходом на биологизированные системы земледелия. Прогрессирующие деградационные процессы во многих регионах России свидетельствуют о больших нарушениях при разработке и создании современных агроэкосистем.

Работы по всестороннему изучению особенностей роста и развития парозанимающих, сидеральных и кулисных культур, разработка высокоэффективных приемов технологии возделывания озимой пшеницы и подсолнечника в бинарных посевах с бобовыми, поиск нетрадиционных способов их использования имеют важное научное и практическое значение.

Расширение посевов бобовых трав на склоновых землях позволит хозяйствам не только сократить потребности в минеральных удобрениях, но и ускорить окультуривание деградированных черноземов при надежной защите почвы от эрозии.

Поэтому в настоящее время возникла необходимость поиска нового подхода к разработке и созданию устойчивых агрофитоценозов, широкое внедрение которых позволило бы получать стабильно высокие урожаи конкурентоспособной продукции с минимальными затратами за счет ресурсосбережения и элементов биологизации земледелия. Без дальнейшего совершенствования существующих и разработки принципиально новых, менее затратных технологий возделывания полевых культур невозможно увеличение производства сельскохозяйственной продукции, сохранение и повышение плодородия почвы, что определяет актуальность настоящих исследований.

Цель и задачи исследований. Цель работы - разработать основные элементы биологизации технологий возделывания озимой пшеницы и подсолнечника на эродированных черноземах в условиях недостаточного увлажнения, изучить влияние различных парозанимающих, сидеральных и кулисных культур на элементы плодородия почвы, урожайность и качество зерна озимой пшеницы, продуктивность пашни в степной зоне Северного Кавказа.

В соответствии с этим ставятся следующие задачи:

- изучить особенности роста и развития растений многолетних бобовых и крестоцветных культур в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах;

- определить поступление основных элементов питания в почву с растительными остатками парозанимающих, сидеральных и кулисных культур;

- изучить влияние различных видов паров и способов основной обработки почвы на агрофизические свойства и водопроницаемость почвы;

- определить почвозащитную эффективность различных видов паров и способов основной обработки почвы на склоновых землях;

- изучить особенности роста и развития растений озимой пшеницы в осенний и весенне-летний периоды вегетации в зависимости от вида пара;

- изучить особенности роста и развития растений озимой пшеницы и подсолнечника в бинарных посевах;

- определить влияние различных предшественников, сроков и норм высева на урожайность и качество зерна озимой пшеницы;

- дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности возделывания озимой пшеницы, подсолнечника в бинарных посевах и звеньев севооборота с различными парами на деградированных черноземах;

- рекомендовать производству рациональные приемы научно-обоснованного построения севооборотов с различными видами паров и бинарными посевами озимой пшеницы и подсолнечника в зоне недостаточного увлажнения с использованием принципов биологизации земледелия.

Научная новизна исследований состоит в теоретическом обосновании целесообразности возделывания озимой пшеницы и подсолнечника в бинарных посевах в зоне недостаточного увлажнения с целью воспроизводства плодородия черноземов и повышения продуктивности пашни.

Результатами многолетних исследований установлена необходимость совершенствования элементов системы земледелия в целях воспроизводства плодородия почвы путем активизации биологических факторов.

Получены новые экспериментальные данные по влиянию бобовых и крестоцветных культур, возделываемых в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах, на улучшение агрофизических свойств, обогащение почвы органическим веществом и продуктивность звеньев полевого севооборота.

Практическая значимость работы и реализация ее результатов. Практическая значимость работы определяется получением сопоставимых данных по действию и последействию различных видов паров, способов основной обработки почвы и бинарных посевов на почвозащитную эффективность и продуктивность звеньев зернопаропропашных севооборотов степной зоны Северного Кавказа.

Обоснованы возможности воспроизводства плодородия почвы путем введения в севообороты занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих паров, бинарных посевов озимой пшеницы, подсолнечника с бобовыми травами.

Представленная работа является составной частью плана научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Донской ГАУ», №№ госрегистрации 1996-2000 гг. - 01.960.0 09179, 2001-2005 гг. - 01.2.00 106095, 2006-2010 гг. - 0120.0 604298.

Основные положения, выносимые на защиту:

· агроэкологическая оценка бобовых и крестоцветных культур в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах, позволяющих улучшить агрофизические и агрохимические свойства эродированных черноземов;

· роль чистого, занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих паров в рациональном использовании влаги в условиях недостаточного увлажнения степной зоны Северного Кавказа;

· особенности роста, развития растений, формирования урожайности и качества зерна озимой пшеницы при различных приемах её возделывания;

· особенности формирования межвидовых (бинарных) агрофитоценозов в степной зоне Северного Кавказа.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников Донского ГАУ (Персиановский, 1996-2009 гг.); Международных и Всероссийских научно-практических конференциях и симпозиумах: Воронеж (1997, 2005), Санкт-Петербург (1999), Краснодар (2003), Персиановский (2004-2008), Тольятти (2004, 2005), Ростов-на-Дону (2005, 2008), Пенза (2005), Мурманск (2005), Пущино (2005), Самара (2005), Алушта. Симферополь (2005), Москва (2005), Чебоксары (2005, 2006), Ставрополь (2005, 2007), Белгород (2006), Amsterdam (2006), Rimini (2007).

Реализация результатов исследований. Основные положения разработанных технологий выращивания озимой пшеницы и подсолнечника внедрены в хозяйствах Ростовской области и Краснодарского края на площади более 45 тыс. га. Материалы диссертации широко используются в учебных курсах «Растениеводство», «Земледелие», «Производство продукции растениеводства» при обучении студентов и переподготовке агрономов и технологов сельскохозяйственных предприятий, при разработке методик проведения научно-исследовательских работ аспирантов и научных сотрудников.

Публикация в печати. Общее количество научных работ - 139, в том числе по теме диссертации - 108. Основные положения диссертации опубликованы в 62 печатных работах, в том числе 7 - в изданиях, определенных ВАК Минобразования и науки РФ, 2 - в зарубежных изданиях, в монографии «Парозанимающие и сидеральные культуры на эродированных черноземах» (2006), в двух патентах на изобретения «Способ создания бинарных посевов с озимой викой в звене севооборота «Подсолнечник - озимая пшеница» (2007) и «Способ выращивания подсолнечника с многолетними травами» (2008).

2. Условия, схемы опытов и методика исследований

Исследования проведены в 1995-2008 гг. на полях Донского сортоиспытательного учебного центра Донского государственного аграрного университета, в хозяйствах Ростовской области и северной зоны Краснодарского края, расположенных в зоне недостаточного увлажнения Северного Кавказа. Климат умеренно-континентальный, с недостаточным увлажнением, среднемноголетнее количество осадков от 468,5 (Ростовская область) до 569,5 мм (северная зона Краснодарского края), из них до 63-65% выпадает за теплый период. Среднегодовая температура воздуха 9-11 ⁰С, сумма положительных температур воздуха выше 10 ⁰С составляет 3200-3400 ⁰С. Зима умеренно-мягкая с неустойчивым снежным покровом, нередки в зимний период продолжительные оттепели, а в марте-апреле, и в отдельные годы в мае возможен возврат низких температур до -8 ⁰С и менее. Погодные условия в годы проведения исследований были различными для роста и развития растений изучаемых культур. Количество осадков колебалось от 320 (2006-2007 с/х год) до 788,6 мм (1996-97 с/х год).

Почвенный покров представлен черноземом обыкновенным тяжелосуглинистым на лессовидном суглинке. Содержание гумуса в пахотном слое 3,5-3,8%, общего азота - 0,22-0,24%, валового фосфора - 0,13-0,15%, калия - 1,8-2,0%. Обеспеченность подвижными формами азота и фосфора низкая - 10,0-13,0 мг/кг почвы, обменным калием высокая - 350 мг/кг почвы. Сумма поглощенных оснований 36-40 мг/экв на 100 г почвы. Плотность сложения почвы в пахотном слое 1,10 - 1,25 г/см³, наименьшая полевая влагоемкость 35-36% от массы абсолютно сухой почвы, порозность 60-62%, pH 7,0-7,5, буферная способность высокая. Методы исследований: полевой, лабораторно-полевой и лабораторный.

Опыт 1 (1995-2005 гг.)

Влияние различных видов паров и способов основной обработки почвы на элементы плодородия почвы, урожайность и качество зерна озимой пшеницы, продуктивность звеньев севооборота.

Изучаемые пары: чистый, занятые и сидеральные (эспарцет посевной, донник желтый, вайда красильная, рапс яровой, горчица сарептская); кулисно-мульчирующие (люцерна изменчивая, люцерна желтая).

Способы основной обработки почвы: чистый пар - отвальная на 25-27 см, плоскорезная на 25-27 см, занятые и сидеральные пары: отвальная на 16-18 см, плоскорезная на 16-18 см.

Сроки сева донника, эспарцета и вайды красильной: весенний под яровой ячмень, беспокровный весенний, беспокровный летний.

Многолетние бобовые и крестоцветные культуры в занятых и сидеральных парах высевали сеялкой СЗТ-3,6, люцерну изменчивую и желтую в кулисно-мульчирующих парах - переоборудованной СУПН-8 под покров ярового ячменя. Норма высева озимой пшеницы - 5 млн. шт/га.

Опыт 2 (2002-2005 гг.)

Влияние предшественников (чистый пар, горох), сроков (оптимальный, поздний) и норм посева (3,0; 4,5 и 6,0 млн.шт/га) на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.

Опыт 3 (2001-2008 гг.)

Эффективность возделывания озимой пшеницы и подсолнечника в одновидовых и бинарных посевах в степной зоне Северного Кавказа.

Изучение одновидовых и бинарных посевов озимой пшеницы с озимой викой. Предшественник - кукуруза на силос. Норма высева озимой пшеницы - 5, озимой вики - 2 млн.шт/га. Фон - без удобрений (контроль), N₁₅P₃₉K₃₉ + N₄₀. В исследованиях применялись гербициды - 2,4-Д и Секатор.

Изучение одновидовых и бинарных посевов подсолнечника с однолетними (озимая вика) и многолетними (донник желтый, люцерна изменчивая, вайда красильная) травами.

После уборки подсолнечника поле обрабатывали по следующим схемам:

- одновидовой посев - лущение БДТ-3 на глубину 6-8 см, на 1/2 делянки - отвальная обработка на глубину 25-27 см под чистый пар, на оставшейся 1/2 делянки - лущение на глубину 6-8 см и предпосевная культивация КПС-4 на глубину 6-8 см под посев озимой пшеницы.

- бинарный посев с озимой викой - двукратное лущение БДТ-3 (6-8 см), предпосевная культивация КПС-4 (6-8 см) под посев озимой пшеницы;

- бинарный посев с люцерной изменчивой, донником желтым и вайдой красильной - весной следующего года - прикатывание 3ККШ-6А для измельчения стеблей подсолнечника, боронование и одна междурядная обработка КРН-5,6 на глубину 6-8 см. Широкорядные посевы люцерны изменчивой и донника желтого убирали на семена, вайды красильной - на сидерат путем скашивания КИР-1,5 с последующей заделкой двукратным лущением БДТ-3 на глубину 8-10 см, до посева озимой пшеницы почву содержали по типу полупара.

Наблюдения, учеты и анализы в опытах проводили по общепринятым методикам. Влажность почвы - термовесовым методом в метровом слое почвы в следующие сроки: на парах - перед основной обработкой почвы под чистый пар, весной перед началом полевых работ; перед основной обработкой почвы в занятых парах, перед посевом озимой пшеницы; в посевах озимой пшеницы - в начале весеннего кущения растений, в фазу колошения и в фазу полной спелости; плотность сложения почвы - в слое 0-30 см в те же сроки, что и влажность почвы; полевая всхожесть семян, сохранность и выживаемость растений изучаемых культур, фенологические наблюдения, структуру урожая донника, эспарцета, люцерны, рапса, горчицы, вайды красильной, озимой пшеницы, подсолнечника - по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1972); количество корневых и растительных остатков в слое 0-30 см во время уборки парозанимающих и сидеральных культур в фазу бутонизация-цветение - методом монолитов (Станков Н.З., 1964); определение в растительных остатках азота и фосфора - по ГОСТ 26205-84; определение интенсивности разложения растительного материала - методом льняных полотен (Доспехов Б.А., 1987); засоренность посевов озимой пшеницы, подсолнечника - количественно-весовым методом; учет водной эрозии - по методу водороин (С.С. Соболев, 1948); учет урожая бобовых и крестоцветных культур - укосным методом в фазу бутонизация-цветение; учет урожайности озимой пшеницы и подсолнечника - путем прямого комбайнирования каждой делянки отдельно с последующим пересчетом на 100% чистоту и стандартную влажность; качество зерна (стекловидность, натура др.) по ГОСТам: 10987-76, 10840-64, 10842-89, 13586.1-68; продуктивность звена севооборота с различными парами - в соответствии с питательностью кормов (Кайдалов А.Ф. и др., 1979); определение нитратного азота в почве проводилось методом Замятиной в модификации Карманцевой, определение подвижных соединений фосфора - по методу Мачигина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26205-91), определение обменного калия в почве - на пламенном фотометре; фотосинтетический потенциал определялся методом графического интегрирования по А.А. Ничипоровичу (1961); лузжистость - ГОСТ 10855-64; масса 1000 семянок - ГОСТ 12042-80; экономическая эффективность - по Н.Н. Баранову (1966); математическая обработка урожайных данных - методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985) с использованием ПЭВМ; расчет биоэнергетической эффективности - (Зезюков Н.И., 1993).

3. влияние различных видов паров на элементы плодородия эродированных черноземов

Эспарцет и донник как парозанимающие и сидеральные культуры можно вводить в любой севооборот - в полевой, в кормовой и почвозащитный. Успех дела во многом зависит от технологии выращивания этих культур, особое внимание необходимо уделять правильному подбору покровной культуры, которая должна быть скороспелой, обеспечивать как можно меньшее затенение подсеваемых (подпокровных) культур. Кроме того, после уборки покровной культуры в почве должно оставаться достаточное количество влаги для нормального роста и развития подсеваемых растений. В наших исследованиях покровной культурой был яровой ячмень, полевая всхожесть семян бобовых культур в среднем за 2001-2004 гг. была от 92 (широкорядный посев люцерны желтой) до 330 шт/м² (донник желтый). Полевая всхожесть семян бобовых культур за годы исследований была невысокой. В зависимости от условий увлажнения всходило 39-45% семян донника, 47-51% эспарцета, 42-55% люцерны изменчивой, у люцерны желтой наблюдалась самая низкая полевая всхожесть - от 40 до 50%. В среднем за годы исследований наибольшая полевая всхожесть семян отмечена у эспарцета - 50%, а донника и видов люцерны она была меньше эспарцета на 1-6%. (табл. 1). Данный факт объясняется большей твердокаменностью семян этих бобовых культур.

Сохранность бобовых трав по годам исследований была различной: донник 94,0-97,9 %, эспарцет - 91,4-96,8 %, люцерны изменчивой - 93,2-97,6%, у люцерны желтой - 93,6-98,1%, выживаемость к уборке донника - 75,3-98,0 %, эспарцета - 65,1-91,2 %, люцерны изменчивой и желтой - 72,4- 97,8%. В целом можно отметить, что за все годы исследований сохранность растений донника и эспарцета была высока, а выживаемость к уборке на зеленый корм или на сидерат зависела прежде всего от количества осадков, выпавших за период весенней вегетации этих культур.

Таблица 1 - Полевая всхожесть семян, сохранность и выживаемость растений бобовых культур к уборке (2001-2004 гг.)

* - широкорядный пунктирный посев с междурядьями 70 см

При анализе ростовых процессов донника желтого второго года жизни отмечается несколько периодов роста. В первый период, продолжительностью 30-35 дней, растения донника обладают пониженной ростовой активностью, нарастание надземной массы не более 0,5-1,5 см/сутки, и, начиная с момента образования генеративных органов (бутонизация) среднесуточный прирост увеличивается до 2,5-3,3 см, достигая максимального значения в конце полного цветения - 2,5-4,0 см. Аналогичная динамика прослеживается и по накоплению надземной массы растений. В среднем прирост биомассы донника составил 25,1 г/м², эспарцета - 22,4 г/м², люцерны изменчивой и желтой - 6,98 и 5,93 г/м² соответственно, прирост стеблей в среднем за вегетационный период роста второго года жизни - 1,49; 1,36; 1,10 и 1,06 см/сутки соответственно по культурам.

В среднем за годы исследований надземная масса эспарцета составила 19,9, а донника - 22,73 т/га, пожнивные остатки по пару занятому донником выше занятого эспарцетом на 1,37 т/га, а корневые остатки в слое 0-30 см - на 2,09 т/га, в конечном итоге по занятому донником пару в почву поступило 12 т/га растительных остатков, что на 4 т/га выше занятого эспарцетом пара.

Исследуемые в опытах эспарцет, донник и вайда красильная отвечают требованиям к парозанимающим и сидеральным культурам: они довольно скороспелы, наиболее полно используют для формирования высокой биологической массы осадки холодного периода. Растения донника 2 года жизни трогаются в рост весной на 5-8 дней позднее эспарцета, но период вегетации второго года жизни у донника на 2-3 дня меньше, чем у эспарцета. Данный интересный факт установлен и объясняется интенсивностью развития надземной массы донника, начиная с фазы бутонизации. Но в то же время общая продолжительность вегетации эспарцета, несмотря на несколько сниженные значения роста и развития, на 7-8 дней меньше донника. Наиболее раноубираемой культурой среди бобовых культур является эспарцет посевной, рано освобождающий поле для его дальнейшей обработки и подготовки как предшественника озимой пшеницы. Донник за счет интенсивного роста формирует и наиболее продуктивный травостой.

Характеристика зоны кущения бобовых трав и вайды красильной является необходимым условием для дальнейшего понимания и объяснения роста и развития кормовых культур. Зону кущения с наибольшим диаметром растения эспарцета сформировали при беспокровном весеннем посеве в конце первого года жизни - 0,60 см, донник - 0,79 см, вайда красильная - 0,62 см. Яровой ячмень действует на подпокровные культуры неоднозначно. Конкурируя за воду и питательные вещества с ячменем корневая система бобовых трав и вайды красильной развивалась менее интенсивно, чем при беспокровном весеннем посеве. Это сказалось и на диаметре зоны кущения: эспарцета - 0,55 см, донника - 0,64 см, вайды красильной - 0,50 см. А развитие корневой системы и зоны кущения при летнем посеве бобовых трав и вайды красильной было еще менее интенсивным, чем при подсеве под ячмень за счет непродолжительного периода вегетации культур и дефиците почвенной влаги в летнее-осенние месяцы.

У бобовых трав и вайды красильной с зоной кущения тесно связано и формирование почек возобновления. Наиболее благоприятные условия для образования почек возобновления создаются при весеннем беспокровном посеве. Так, у эспарцета их отмечается 4,8 шт/раст, у донника и вайды красильной - на 1,4 шт/раст больше эспарцета. При подсеве под яровой ячмень отмечается снижение количества почек возобновления на 0,3; 0,4 и 0,8 шт/раст соответственно по культурам. Наименьшее количество почек отмечается на вариантах весеннего посева - 2,2; 2,5 и 2,9 шт/раст.

После перезимовки на втором году жизни растения эспарцета, донника и вайды красильной наиболее полно используют осадки осенне-зимнего периода и формируют достаточно высокий урожай надземной массы. В наших исследованиях при всех способах посева растения донника желтого обеспечивали наибольшее количество надземной массы - 14,6-20,7 т/га, эспарцета - 11,6-15,8 т/га, вайды красильной - 11,2-15,5 т/га. Несмотря на меньшее количество надземной массы вайды красильной, укосная спелость у нее наступает на 18-20 дней ранее эспарцета посевного и на 24-25 дней ранее донника желтого, что позволяет до посева озимой пшеницы наиболее качественно подготовить почву. Следовательно, имея в хозяйстве данный набор культур, оптимально дополняющих друг друга, можно создавать при наличии животноводства зеленый конвейер, в котором наиболее скороспелой культурой будет вайда красильная, и самой позднеспелой (по наступлению укосной спелости) - донник желтый.

При изучении крестоцветных культур в условиях Ростовской области растения рапса в одновидовом посеве перед основной обработкой почвы в занятых парах были высотой 55,3 см, диаметр корневой шейки - 0,86 см. Диаметр корневой шейки растений ярового рапса при одновидовом посеве был меньше на 0,14 см, чем при смешанном посеве, что связано с конкурентностью растений рапса и горчицы сарептской за экологические факторы, влияющие на рост и развитие. При проведении учета соотношения листовой и стеблевой массы растений крестоцветных культур установлено, что при смешанном посеве у растений горчицы образуется масса листьев больше (1:1,34), чем при одновидовом посеве (1:1,47). В слое 0-30 см сухая масса корней была от 1,13 (смесь культур) до 1,59 т/га (рапс) (табл. 2).

Таблица 2 - Накопление органического вещества крестоцветными культурами (среднее 2001-2005 гг.)

При анализе соотношения надземной части к подземной установлено, что наибольший коэффициент продуктивности был на варианте смешанного посева - 2,63, наименьший - на варианте чистого посева горчицы - 2,46. На варианте одновидового посева рапса получено сухого вещества надземной массы растений 4,06 т/га, что на 0,56 - 1,09 т/га больше, чем по одновидовому посеву горчицы и по смеси крестоцветных культур.

Распределение корневой системы растений по профилю почвы характеризует мощность ее развития, что позволяет судить о потенциальных возможностях обеспечивать растения влагой и элементами питания из глубоких слоев почвы. Распределение корневой системы по почвенному профилю у эспарцета и донника было различным. Так, более 86% корневой системы эспарцета посевного и 63% донника располагается в слое почвы до 50 см. При переходе от одного генетического горизонта (АВ) к другому (ВС) масса корней у эспарцета резко снижается, тогда как у донника корневая система равномерно распределялась по этим горизонтам почвы.

По занятым парам с растительными остатками донника и эспарцета в почву поступает от 8,6-10,7 до 7,5-9,2 т/га зеленой массы соответственно, вайды красильной - 5,8-7,5 т/га (табл. 3). При этом необходимо отметить, что растительная масса парозанимающих и сидеральных культур распределена по всему почвенному профилю уже в процессе роста.

При подсеве под яровой ячмень многолетние бобовые травы уже на первом году жизни способствуют улучшению структуры почвы.

Таблица 3 - Поступление растительных остатков в почву после уборки различных культур, т/га (среднее за 1997-2000 гг.)

Так, в осенний период перед основной обработкой в чистом пару комковатость почвы как в верхнем, так и в пахотном слоях под многолетними травами была выше по сравнению с чистым паром. Причем, если в верхнем слое (0-5 см) разница между контролем и посевами многолетних трав составляла 1,5-3,4%, то в пахотном слое эта разница была уже 9,1-10,4%. За осенне-зимний период комковатость почвы на всех вариантах опыта повысилась в верхнем слое на 2,8-8,3%, а в пахотном слое - на 1,1-3,3%. При этом на чистом пару комковатость почвы повысилась соответственно на 2,8 и 1,1%, то есть значительно меньше, чем под многолетними травами. За период парования в чистом пару комковатость почвы в слое 0-5 см в среднем уменьшилась на 7,2%, в занятых и кулисно-мульчирующем парах, наоборот, повысилась на 11,8-13,9%.

На чистом пару за период парования содержание водопрочных агрегатов снизилось на 4,4% и перед посевом озимой пшеницы в верхнем слое почвы водопрочных агрегатов содержалось 34,2%. На занятых парах содержание водопрочных агрегатов за летний период к посеву озимой пшеницы повысилось: по эспарцету - до 53,4%, а по доннику - до 52,8%. По кулисно-мульчирующему пару перед посевом озимой пшеницы в верхнем слое почвы было наибольшее содержание водопрочных агрегатов - более 54%, что на 20% превышает показатели по чистому пару. В пахотном слое почвы на чистом пару в начале парования содержание водопрочных агрегатов было 50,4%, что меньше по сравнению с вариантами многолетних трав на 10,3-11,6%, а перед посевом озимой пшеницы эта разница увеличилась до 13,6-16,3%. Следовательно, корневая система многолетних трав является мощным фактором восстановления утраченной структуры чернозема обыкновенного.

Количество почвенных частиц более 1 мм в верхнем слое (0-5 см) и более 0,25 мм в слое 0-20 см увеличивается на 140-150%, а в кулисно-мульчирующих парах - на 160-180% по сравнению с вариантами чистого пара. Кулисно-мульчирующие пары имели почвенных частичек размером более 1 мм на 8,8-11,7%, а размером более 0,25 мм - на 10,3-13,4% больше в слое 0-5 см по сравнению с занятыми и сидеральными парами.

Наши наблюдения за изменением плотности сложения почвы в динамике показали, что многолетние бобовые травы оказывают заметное влияние на плотность почвы (табл. 4).

Таблица 4 - Динамика изменения плотности сложения почвы в зависимости от предшественника (среднее за 2000-2004 гг.), г/см³

На чистом пару в слоях почвы 0-10 и 30-40 см нами отмечается увеличение плотности сложения почвы от основной обработки почвы в чистом пару и до посева озимой пшеницы на 0,014-0,024 г/см³. На вариантах занятых донником и эспарцетом паров наблюдается снижение плотности сложения на 0,006-0,016 г/см³. Но в тоже время сначала происходит снижение плотности сложения (весной в начале полевых работ), а к посеву озимой пшеницы плотность сложения увеличивается. К моменту посева озимой пшеницы наименьшая плотность была в слое 0-10 см на варианте занятого эспарцетом пара - 1,092 г/см³, что ниже показателя чистого пара на 0,025 г/см³. По чистому пару была самая плотная почва, что объясняется большим количеством операций по уходу за ним при повышенной влажности (рано весной, после выпадения осадков). Наибольшая водопроницаемость почвы нами отмечена по кулисно-мульчирующему пару - 3,7 мм/час, что на 0,3-0,5 мм/час больше занятых паров и на 1,3 мм/час - чистого пара.

При сравнительном анализе способов обработки различных видов паров установлено, что содержание комковатых и водопрочных агрегатов в слоях почвы 0-10 и 0-30 см было различным (табл. 5). Так, перед основной обработкой в чистом пару количество комковатых агрегатов на вариантах занятых паров было больше, чем на чистом пару при отвальной обработке почвы - на 1,5-2,4% (слой 0-10 см) и на 1,7-1,9% (слой 0-30 см), водопрочных - на 5,3-5,9% (слой 0-10 см) и на 4,0-4,9% (слой 0-30 см).

Таблица 5 - Динамика содержания комковатых/водопрочных агрегатов почвы при отвальной и плоскорезной обработках почвы, % (1995-2000 гг.)

При плоскорезной обработке содержание комковатых и водопрочных агрегатов было по изучаемым слоям больше, чем при отвальной обработке. Большое значение имеет содержание комковатых агрегатов в верхнем слое почвы, так как от нее во многом зависит устойчивость почвы к ветровой эрозии. На чистом пару от момента основной обработки и до весны происходит увеличение содержания в пахотном и поверхностном слоях почвы комковатых и водопрочных агрегатов на 1,6-2,1% и на 1,7-3,2% соответственно. Но к моменту посева озимой пшеницы наблюдается снижение содержания как комковатых, так и водопрочных агрегатов. Разрушение структуры почвы на чистом пару наблюдается не только под действием многократных обработок почвы по уходу за ним, но и под действием ливневых осадков. Так, в результате наших исследований, проводимых на полях с уклоном 2,5⁰ наибольший суммарный смыв почвы наблюдался именно по чистому пару (более 85 м³/га), что в 5-7 раз превышает показатели смыва на занятых, сидеральном и кулисно-мульчирующих парах. Парозанимающие культуры за счет корневой системы способствуют обеспечению формирования более водопрочной структуры по сравнению с чистым паром. Содержание комковатых агрегатов в верхнем слое почвы к посеву озимой пшеницы повышалось как при отвальной, так и при плоскорезной обработках почвы по занятому эспарцетом пару на 10,2-15,7% (слой 0-10 см), на 4,9-5,1 % (слой 0-30 см), по занятому донником пару - на 10,7-17,6 % и на 4,1-4,5% соответственно. На занятых парах также повышается содержание водопрочных агрегатов.

При посеве эспарцета, донника и вайды красильной в ранневесенний период без покровной культуры и при подсеве под покров ярового ячменя создаются оптимальные условия для формирования биологического урожая бобовых трав и вайды красильной. Изучаемые культуры содержат большое количество азота, фосфора и калия и при использовании их в качестве парозанимающих или сидеральных культур в почву поступает огромное количество органики. В растительных остатках содержится в зависимости от вида культуры: азота - 1,83-2,01%, фосфора - 0,43-0,55% и калия - 0,93-1,24%. Например, с растительной массой эспарцета в среднем за годы исследований в почву поступило от 147 до 184 кг/га азота, от 38 до 51 кг/га фосфора и до 114 кг/га калия. С растительными остатками эспарцета поступает в почву больше элементов питания, чем выносится с урожаем в среднем на 65 кг/га азота, 19 кг/га фосфора и на 45 кг/га калия. Наибольшее количество азота, фосфора и калия содержалось в органической массе донника желтого на сидерат - более 230 кг/азота, 40 кг/га фосфора и 140 кг/га калия, что при пересчете на полуперепревший навоз крупного рогатого скота равняется 50, 20 и 25 т/га (по азоту, фосфору и калию соответственно). На вариантах занятых и кулисно-мульчирующих паров поступление питательных веществ было значительно меньше сидерального пара. По занятому эспарцетом пару - на 114, 21 и 68 кг/га, занятому донником - на 71, 11, 41 кг/га, по кулисно-мульчирующим парам - 154-169, 31-32, 126-127 кг/га (азота, фосфора и калия соответственно),

Следовательно, при введении в севообороты полей с занятыми, сидеральными и кулисно-мульчирующими парами можно не только значительно сократить внесение минеральных удобрений, но за счет оптимизации структуры почвы повысить ее плодородие.

4. влияние различных видов паров и бинарного компонента на рост и развитие растений озимой пшеницы

Сохранение и накопление почвенной влаги в засушливых степных озимосеющих районах является одной из основных задач земледелия. Чистый пар является надежным приемом сохранения осадков холодного периода. Весной в начале вегетации наибольшие запасы доступной влаги наблюдались именно по чистому пару (195 мм), по занятым и сидеральному парам - меньше чистого пара на 43-54 мм (рис. 1).

К посеву озимой пшеницы за 148 дней периода парования почвы запасы влаги уменьшились на чистом пару на 44,5 мм. Перед уборкой эспарцета и донника запасы влаги в почве уменьшились на 40,5-61,5 мм по сравнению с весенним сроком за счет использования почвенной влаги на рост и развитие парозанимающих культур, но к осени перед посевом озимой пшеницы запасы влаги в почве пополнились за счет осадков летнего периода. На занятом эспарцетом пару доступной влаги в почве содержалось 144,6 мм, что на 9,0 и 17,3 мм больше, чем по занятому донником и сидеральному донниковому парам.

Рис. 1 - Динамика накопления доступной влаги в метровом слое почвы (1995-1998 гг.)

При изучении влияния парозанимающих культур на содержание доступной влаги в посевах озимой пшеницы установлено, что осадки холодного периода накапливаются как в слое почвы 0-40 см, так и в метровом (рис. 2).

Рис. 2 - Запасы доступной влаги в посевах озимой пшеницы (1998-2001 гг.)

На вариантах с донником желтым наблюдается наибольшее количество доступной влаги в начале весенней вегетации растений озимой пшеницы - накопление влаги в метровом слое почвы составило более 110 мм. Менее всего увеличение влаги за осенне-зимний период было на вариантах с вайдой красильной - на 77 мм. Таким образом, чем меньше доступной влаги к моменту прекращения осенней вегетации, тем больше её содержится весной. Данное утверждение характерно относительно доступной влаги в метровом слое почвы.

В среднем за годы исследований полевая всхожесть семян озимой пшеницы по сидеральному донниковому пару была наименьшей - 82,3%, что на 2,2-3,8% ниже показателей всхожести по сидеральным парам с эспарцетом и вайдой красильной и на 3,7-7,5% - ниже всхожести по занятым парам. Глубже всего у растений озимой пшеницы залегал узел кущения по чистому пару - 2,7 см, на 0,2-0,3 см меньше - по занятым и сидеральным парам, и меньше всего глубина залегания узла кущения наблюдалась по кулисно-мульчирующим парам - 2,1 см. Лучшее осеннее развитие растений озимой пшеницы в среднем за годы опытов мы наблюдали на варианте с сидеральным донниковым паром: стеблей - 5,1, корней - 8,4 шт/растение, что превышает показатели развития озимой пшеницы по чистому пару на 0,4 и 0,3 шт соответственно.

На сохранность растений озимой пшеницы после зимнего периода влияют ряд существенных факторов: погодные условия (температура воздуха, почвы, высота снежного покрова), глубина залегания узла кущения, степень развития растений (количество корней и стеблей в зимний период). По чистому пару сохранность растений озимой пшеницы была самой низкой - 68,2 %. По занятым и сидеральному парам она выше чистого пара на 5,6 - 6,6 %, что позволяет сделать вывод об этих предшественниках, как благоприятствующих повышенной перезимовке пшеницы.

При посеве озимой пшеницы вместе с озимой викой отмечается стимулирующее воздействие вики на рост и развитие растений пшеницы. Так, в бинарном посеве пшеница лучше развивалась, чем при одновидовом. Нами отмечается образование дополнительных побегов кущения (+0,1 шт), листьев (+1,0-1,4 шт), корней вторичной корневой системы (+0,5-0,9), в узлах кущения было меньшее количество влаги и больше сахаров. Все это благоприятно сказалось на зимостойкости растений озимой пшеницы, на варианте бинарного посева она была выше, чем по чистому пару на 2,3% (без внесения удобрений) - 2,1% (с внесением N₁₅P₃₉K₃₉). Необходимо отметить, что при увеличении количества доступной влаги в посевном слое происходит уменьшение периода посев-всходы. В наших исследованиях, полные всходы озимой пшеницы в одновидовом посеве без удобрений и в бинарном посеве с озимой викой с удобрениями появлялись при сумме среднесуточных температур 210,7^оС (табл. 6). В отдельные годы при наличии в слое 0-20 см 22,6 мм доступной влаги для получения полных всходов потребовалось меньшее количество тепла - сумма температур воздуха 159,6^оС, а при небольшом количестве доступной влаги (12,3 мм) - всходы появились только при сумме температур 265 ^оС. Таким образом, даже в условиях оптимального температурного режима, при недостатке (дефиците) доступной влаги в слое почвы 0-20 см появление всходов озимой пшеницы как в одновидовом посеве, так и в бинарном с озимой викой будут поздние (через 12-14 дней).

Таблица 6 - Продолжительность межфазных периодов осеннего развития растений озимой пшеницы в одновидовом и бинарном посеве (2001-2003 гг.)

Это наблюдение еще раз подтверждает условие, что в районах недостаточного увлажнения Северного Кавказа определяющим фактором для получения дружных и своевременных всходов озимой пшеницы является в первую очередь наличие доступной влаги перед посевом, а уж затем - температурный режим. По данным результатов наших исследований, при недостатке влаги перед посевом озимой пшеницы не только всходы появляются с запозданием на 1-2 и более дней, но и увеличивается период всходы-кущение. На вариантах бинарного посева период всходы-кущение был на 1-2 дня продолжительнее вариантов одновидовых посевов озимой пшеницы, при этом сумма среднесуточных температур на одновидовом посеве для образования дополнительных побегов была от 242,9 до 271,9 ⁰С, а в бинарном посеве - 275,1-272,3 ⁰С. Период кущение - окончание осенней вегетации на одновидовом посеве был продолжительностью 45-47 дней, а в бинарном - 43-46. Внесение минеральных удобрений способствовало увеличению данного периода на 2-3 дня. По нашим наблюдениям, 43-47 дней вполне достаточно для образования 4,4-5,6 побегов кущения и 8,1-11,1 вторичных корней на одном растении. Лучше были развиты растения на вариантах фона N₁₅P₃₉K₃₉, а при сравнении одновидового и бинарного посевов - результаты были в пользу бинарного.

Нарастание надземной массы озимой пшеницы находится в зависимости от технологии возделывания, влияющей на температурный, водный, пищевой режимы почвы. В среднем за годы исследований, к моменту прекращения осенней вегетации на вариантах одновидового посева озимой пшеницы масса абсолютно сухих растений пшеницы была от 117 г/м² (без удобрений) до 131 г/м² (фон N₁₅P₃₉K₃₉). Озимая вика в бинарном посеве способствует большему накоплению абсолютно сухой массы пшеницы - от 122 г/м² (без удобрений) до 135 г/м² (фон N₁₅P₃₉K₃₉). Применение удобрений способствует увеличению массы озимой пшеницы на 13,9 г/м² (одновидовой посев) - 13,2 г/м² (бинарный посев с озимой викой). При определении количества сухого вещества растений озимой пшеницы весной в начале вегетации масса абсолютно сухого вещества на вариантах бинарного посева была больше, чем на вариантах одновидового посева на 12,8 г/м² (без удобрений) - 14,4 г/м² (фон N₁₅P₃₉K₃₉).

Растения озимой пшеницы в одновидовом посеве и в бинарном посеве с озимой викой как на фоне с удобрениями, так и без удобрений отличаются по содержанию сахаров и воды в узлах кущения, что напрямую тесно связано с зимостойкостью. Во время окончания осенней вегетации растения озимой пшеницы в зависимости от варианта исследований имели 78,2 % (бинарный посев с озимой викой на фоне N₁₅P₃₉K₃₉) до 80,9 % воды (одновидовой посев без удобрений). К моменту прекращения вегетации на вариантах бинарного посева с озимой викой содержание воды было меньше одновидовых посевов на 2,1-2,4% (без удобрений и фон N₁₅P₃₉K₃₉ соответственно). При определении содержания воды через 1,5 месяца после прекращения вегетации наименьший ее процент был на варианте бинарного посева с озимой викой по фону N₁₅P₃₉K₃₉ - 75,4%, а самое большое количество воды было на варианте бинарного посева без удобрений - 78,7%. Растения озимой пшеницы расходуют сахара экономно только при условии создания оптимальных условий минерального питания (рис. 3).

Рис. 3 - Содержание сахаров в узлах кущения озимой пшеницы, % на абс. сухое вещество (2001-2004 гг.)

К моменту окончания осенней вегетации в узлах кущения озимой пшеницы содержалось от 34,0 % (одновидовой посев без удобрений) до 39,0 % сахаров (бинарный посев с озимой викой на фоне N₁₅P₃₉K₃₉). К моменту возобновления весенней вегетации менее всего сахаров содержалось в узлах кущения озимой пшеницы одновидового посева без удобрений - 17,2%, на варианте бинарного посева на фоне N₁₅P₃₉K₃₉ содержание сахаров было больше на 5,1%. Расход сахаров за зимний период по сравнению с содержанием осенью составил: на одновидовом посеве - 50,2%, одновидовом посеве по фону N₁₅P₃₉K₃₉ - 45,2%, бинарный посев без удобрений - 48,3%, и на бинарном посеве с озимой викой на фоне N₁₅P₃₉K₃₉ - 43,2%. Таким образом, наиболее полно происходит экономия сахаров в бинарном посеве с озимой викой на фоне минеральных удобрений.

При благоприятных весенних условиях растения озимой вики начинают активно ветвиться уже на 14-17 день после появления всходов. Корневая система озимой вики стержневая, через 3 недели после всходов достигает глубины 30-32 см и на ней формируются клубеньки азотфиксирующих бактерий, тем самым, через месяц после всходов озимая вика способна полностью удовлетворить свои потребности в азоте для роста и развития. Обработка гербицидом озимой пшеницы как в одновидовом, так и в бинарном посевах проводилась в фазу весеннего кущения озимой пшеницы. К этому времени озимая вика разрастается, имеет в среднем по 3,7-4,0 боковых побегов, длина которых достигала в отдельные годы 15 см. Минеральные удобрения способствовали лучшему развитию растений озимой вики (табл. 7).

Таблица 7 - Весеннее развитие растений озимой вики (2002-2004 гг.)

Весной количество клубеньков на одном растении озимой вики было 10-13 шт, массой 29-35 г. При размещении озимой пшеницы по непаровым предшественникам растения часто испытывают недостаток азотного питания, особенно в сухие вёсны, азотное голодание особенно заметно на вариантах без внесения удобрений.

При изучении бобовых культур установлено, что не только многолетние травы в занятых, сидеральных и кулисно-мульчирующих парах способствуют обогащению органическим веществом почвы, но и при использовании однолетних бобовых трав, таких как озимая вика в бинарном посеве с озимой пшеницей. От начала весенней вегетации и до гибели растений озимой вики проходит в среднем 24 дня (обработка посевов гербицидом 2,4-Д), за это время озимая вика успевает сформировать от 2,63 (без удобрений) до 3,14 т/га (N₁₅P₃₉K₃₉ + N₄₀) органического вещества (таб. 8).

Таблица 8 - Поступление элементов питания в почву с органическим веществом озимой вики (2002-2004 гг.)

Гербицид Секатор (доза 150 г/га) позволяет проводить обработку посевов озимой пшеницы в более поздние сроки (выход в трубку), увеличивая тем самым период вегетации озимой вики в бинарном посеве на 14-16 дней по сравнению с обработкой 2,4-Д.

За этот период происходит накопление надземной массы озимой вики в среднем на 0,42-0,48 т/га больше, чем с обработкой 2,4-Д. С надземной массой озимая вика формирует дополнительно 0,46 т/га корневой массы. Необходимо отметить, что при сравнении вариантов бинарных посевов с ранневесенней подкормкой N₄₀ отмечается на данных вариантах угнетение растений озимой вики, и как следствие, меньшее количество сформировавшего органического вещества. Внесение удобрений N₁₅P₃₉K₃₉ и ранневесенней подкормки N₄₀ при обработке вариантов гербицидом 2,4-Д способствует повышению поступления с растительными остатками озимой вики азота - до 62,9 кг/га, фосфора - до 16,5 кг/га и до 49,5 кг/га калия, а при обработке Секатором - до 64,4; 14,3 и 40,7 кг/га соответственно. При сравнении с вариантом с обработкой гербицидами (фон без удобрений) несмотря на увеличение продолжительности периода вегетации озимой вики в почву поступает больше количество органического вещества, но с меньшим содержанием фосфора и калия, и только по количеству азота отмечается увеличение поступления с органическим веществом озимой вики на 1,5-2,9 кг/га. Данный интересный факт происходит потому, что минеральный азот удобрений не способствует активной азотфиксации корнями растений озимой вики.

Обеспеченность элементами питания сказывается на площади листовой поверхности озимой пшеницы. В фазу весеннего кущения растения озимой пшеницы в бинарном посеве с озимой викой имели площадь листовой поверхности на 0,83-1,93 тыс. м²/га больше аналогичных вариантов одновидового посева. В фазу выхода в трубку разница была еще более существенной - 1,56-2,89 тыс. м²/га, а в фазу колошения - 1,52-3,22 тыс. м²/га. Обработка посевов гербицидами также способствует увеличению площади листовой поверхности с фазы выхода в трубку за счет уничтожения сорняков и лучшего развития растений озимой пшеницы. Наибольшая площадь листовой поверхности была на варианте бинарного посева озимой пшеницы с озимой викой на фоне N₁₅P₃₉K₃₉ + N₄₀ и применения гербицида Секатор - 42,34 тыс. м²/га, что на 6,45 тыс. м²/га больше варианта одновидового посева без удобрений и гербицидов и на 1,14-5,55 тыс. м²/га больше остальных вариантов.

При анализе фотосинтетического потенциала растений озимой пшеницы выявлено положительное влияние озимой вики на увеличение потенциала по варианту без гербицидов и без удобрений на 100,8 тыс. м²-сут./га в межфазный период кущение-выход в трубку, к колошению разница составила уже 163,8 тыс. м²-сут./га. Таким образом, фотосинтетический потенциал растений озимой пшеницы в кущение-выход в трубку был от 616 до 829 тыс. м²-сут./га, в межфазный период выход в трубку-колошение - от 1130-1458 тыс. м²-сут./га. Нами отмечается увеличение фотосинтетического потенциала на вариантах бинарных посевов по сравнению с одновидовыми в сумме за период кущение-колошение на 264,6-274,9 тыс. м²-сут./га.

Рост и развитие растений озимой пшеницы различались по чистому, занятым и кулисно-мульчирующим парам. В фазу выход в трубку растения озимой пшеницы имели площадь листовой поверхности по чистому пару на 1,10-1,32 тыс. м²/га больше вариантов занятых паров и на 0,11 тыс. м²/га меньше показателей кулисно-мульчирующего пара. В фазу колошения наименьшая площадь листовой поверхности была у озимой пшеницы по занятому эспарцетом пару - 35,16 тыс. м²/га, что на 1,55 тыс. м<...