Возделывание кукурузы в технологиях аптивного земледелия юго-запада Центрального Нечерноземья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Возделывание кукурузы в технологиях аптивного земледелия юго-запада Центрального Нечерноземья

Специальность 06.01.01 - «Общее земледелие»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

Хлопяников Александр Михайлович

Москва 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия» и ГОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»

Научные консультанты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мальцев Владимир Феофанович

доктор сельскохозяйственных наук, профессорНаумкин Виктор Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мамонов Евгений Васильевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Соловьев Алексей Малахович

доктор сельскохозяйственных наук Акулов Алексей Алексеевич

Ведущая организация - Российский государственный аграрный заочный университет (РГАЗУ)

Защита состоится 21 декабря 2010 года в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Московском научно- исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка».

Отзывы в двух экземплярах, заверенных печатью, направлять по адресу: 143026, Московская область, Одинцовский район, п. Немчиновка- 1, ул. Калинина, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан ноября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета А.С. Мерзликин

кукуруза урожайность плодородие агротехнология

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Удовлетворение потребностей населения страны отечественными недорогими и одновременно высококачественными продуктами питания, а сельскохозяйственных животных кормами, является важнейшей задачей современного сельскохозяйственного производства. В адаптивном земледелии решение этой задачи связано с переходом на ресурсосберегающие, малозатратные экологически обоснованные агротехнологии возделывания полевых культур и прежде всего кукурузы (Zea mays L.), обеспечивающие высокую продуктивность, сохранение почвенного плодородия, существенную экономию энергетических и трудовых ресурсов, производство конкурентоспособной растениеводческой продукции.

Юго Запад Центрального региона России имеет благоприятные почвенно-климатические условия для интенсивного ведения адаптивного земледелия. Интенсификация земледелия, особенно производство кукурузы, требует оптимизации применения всех технологических приемов её возделывания на силос и зерностержневую смесь в почвенно- климатическим условиях региона. Это существенно увеличит её урожайность и качество сухого вещества, повысит рентабельность производства, снизив энергозатраты. В связи с этим имеется необходимость комплексного изучения влияния на урожай зеленой и зерностержневой массы кукурузы таких элементов технологий, как основная обработка почвы, применение удобрений и средств защиты растений, высокопродуктивных гибридов и оптимальной густоты растений, что является актуальным и малоизученным для юго- запада Центрального Нечерноземья России.

Цель исследований - оптимизация возделывания кукурузы в адаптивном земледелии юго- запада Центрального Нечерноземья России на основе разработки ресурсосберегающих малозатратных технологий, обеспечивающих высокую урожайность, получение биологически полноценных и экологически безопасных кормов и повышение плодородия.

Задачи исследований:

- установить характер влияния агротехнологий на плодородие серой лесной почвы при возделывании кукурузы для получения зеленой и зерностержневой силосуемой массы;

- определить фитосанитарное состояние почвы и посевов в изучаемых агротехнологиях возделывания кукурузы;

- выявить основные закономерности фотосинтетической деятельности посевов кукурузы при разных технологиях возделывания;

-изучить особенности формирования корневой системы растений кукурузы в зависимости от условий возделывания;

-определить величину и качества урожая зеленой и зерностержневой массы и заготавливаемых кормов в соответствии с технологическими условиями возделывания кукурузы;

-определить экономическую и энергетическую эффективность возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь в условиях адаптивного земледелия;

-разработать и рекомендовать производству ресурсосберегающие, малозатратные технологии возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь, обеспечивающие получение биологически полноценных и экологически безопасных кормов.

Научная новизна работы. Разработаны, теоретически обоснованы и всесторонне оценены адаптивные технологии эффективного возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь в условиях юго-западной части Центрального региона России. Впервые на основании длительных стационарных полевых опытов на серой лесной почве установлены оптимальные сочетания органических и минеральных удобрений и средств защиты растений при разных способах основной обработки почвы, гибридах, густоте стояния растений кукурузы, их влияние на плодородие почвы, засоренность посевов, продуктивность и качество кормов в плодосменном севообороте. Выявлена возможность перехода к биологизированным и биологическим малозатратным технологиям возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь с использованием навоза, сидератов и соломы на удобрения при частичном или полном отказе от применения средств химизации.

Дифференцированное применение удобрений в сочетании со способами основной обработки почвы, гибридами, различающимися по спелости и густоте стояния растений, явилось теоретической основой для разработки адаптивных оригинальных технологий возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь на серых лесных почвах Юго- Запада Центрального региона. Установлено, что при научно-обоснованном комплексном применении средств химизации на фонах основной обработки почвы, онтогенетических различий гибридов и плотности агроценозов кукурузы, разработанные нами технологии обеспечивают получение высоких урожаев биологически полноценной, экологически безопасной продукции при высокой окупаемости трудовых и энергетических ресурсов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование зависимости изменений основных агрофизических, биологических и агрохимических свойств серой лесной почвы в зависимости от состояния агрофитоценозов кукурузы;

- влияние интенсификации агротехнологий и разных уровней использования средств биологизации в земледелии на фитосанитарное состояние посевов кукурузы;

- отличия в формировании высокопродуктивных агрофитоценозов кукурузы на силос и зерностержневую смесь в зависимости от способов основной обработки почвы, особенностей гибридов и густоты стояния растений на разных фонах применения органических и минеральных удобрений, средств защиты растений;

- особенности формирования корневой системы растений кукурузы при разных способах основной обработки почвы, видах и нормах применения органических и минеральных удобрений;

- эффективность комплексного применения видов, норм органических и минеральных удобрений, средств защиты растений в сочетании с разными способами основной обработки почвы, гибридами и густотой стояния растений при возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь в условиях адаптивного земледелия;

- экономическое и энергетическое обоснование рекомендуемых способов основной обработки почвы, вносимых видов и норм органических и минеральных удобрений, средств защиты растений, гибридов и густоты стояния растений в агротехнологиях возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь.

Практическая ценность работы. На основании многолетних исследований (1990-2005 гг.) разработаны оптимальные параметры питания кукурузы, возделываемой на силос и зерностержневую смесь в сочетании с разными способами основной обработки почвы, гибридами и густотой стояния растений, способствующие повышению урожайности и качеству продукции, сбережению денежных и энергетических средств в условиях серых лесных почв юго-западной части Центрального района России. В зависимости от уровня интенсификации аграрного производства современным сельскохозяйственным предприятиям предложены разные интенсивные, переходная к биологической и биологическая технологии возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь, обеспечивающие получение экономически и экологически оптимального уровня урожайности. Предприятия получают возможность выбора адаптивных агротехнологий кукурузы на силос и зерностержневую смесь, обеспечивающих высокую урожайность и качество продукции, максимальную экономическую и энергетическую эффективность культуры в зависимости от почвенно-климатических условий, финансового, организационно-технологического и технического уровня.

Для улучшения агрономических свойств почвы рекомендовано внесение органических удобрений в виде навоза, сидерата и соломы, что обеспечивает экономию расходования минеральных удобрений и средств защиты растений, обусловливает улучшение экологической природной среды. С учетом природно- климатических, технологических и организационно-экономических условий, для радиационно-загрязненных районов Брянской и соседних областей рекомендованы переходная к биологической и биологическая технологии возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь с использованием навоза, пожнивного сидерата, соломы зерновых культур без минеральных удобрений или с ограниченным их применением в сочетании с новыми способами основной обработки почвы, дифференцированной густотой посева гибридов кукурузы. Разработанные технологии обеспечивают получение высоких урожаев биологически полноценной экологически безопасной продукции с минимальными трудо- и энергозатратами. Они внедрены в сельхозпредприятиях Брянской, Орловской, Смоленской областей и других регионах юго- запада Центрального Нечерноземья России.

Реализация результатов исследований. Практические предложения, вытекающие из результатов настоящей работы, прошли производственную проверку в условиях серых лесных почв юго-западной части Центрального региона России. Их применение обеспечило повышение экономической и энергетической эффективности органических и минеральных удобрений, средств защиты растений в сочетании с новыми способами основной обработки почвы, гибридами и густотой стояния растений. Нами рекомендованы и внедрены испытанные в сельхозпредприятиях Брянской, Орловской, Смоленской областей адаптивные технологии, обеспечивающие повышение урожая и качество кукурузы, возделываемой на силос и зерностержневую смесь.

Полученные результаты многолетней работы использованы для разработки рекомендаций производству по возделыванию кукурузы на силос (Орел,1998), методических указаний к лабораторным занятиям по проведению корреляционного и регрессивного анализа (Брянск, 1992), вошли в монографии (Москва, 2002, Белгород, 2005, 2007, 2010, Брянск, 2006), применяются в системе повышения квалификации специалистов агрономической службы, а также в учебном процессе сельскохозяйственных вузов страны.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили положительную оценку на международных научно-практических конференциях (Орел, 1996, 1998; Москва, 1998,1999; Брянск,1999; Пущино, 1997; Курск,1997; Белгород, 2003, 2005, 2006, 2009,2010; Ставрополь, 2005), региональных научно-практических конференциях (Брянск, 1992, 1995, 1998, 2001; Воронеж, 1994; Орел, 1996), межвузовских научно-практических конференциях (Орел, 1996; Брянск, 1997).

Научные разработки по агротехнологиям возделывания кукурузы на силос и зерностержневую смесь обсуждались в научных коллективах Брянской ГСХА, Белгородской ГСХА, Орловском и Воронежском ГАУ, Всероссийском университете заочного обучения г. Балашиха.

Публикации результатов исследований. По материалам исследований опубликовано 65 научных трудов и методических работ, в том числе 5 в виде монографий, 22 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Организация исследований и личный вклад автора. Автору принадлежит организация проведения полевых и лабораторных опытов, выполнение основной части экспериментальных исследований (75%), анализ результатов, их обобщение и выводы, выявление новых закономерностей, разработка рекомендаций производству.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 390 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, описания изученности вопроса, материалов и методов проведения исследований, трех глав с изложением результатов исследований и их обсуждения, выводов и предложений производству. Содержит 86 таблиц, 26 рисунков и 18 приложений.

Список литературы включает 490 наименований, в том числе 36 иностранных авторов.

Автор выражает благодарность научным консультантам, заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Мальцеву В.Ф., доктору сельскохозяйственных наук профессору Наумкину В. Н., за ценные советы и постоянную помощь в работе Звереву В.А., Торикову В.Е., Артюхову А.И., Наумкиной Л. А., Малявко Г. П., Кондрашову А. Л., сотрудникам кафедры растениеводства и общего земледелия Брянской ГСХА, которым автор выражает искреннюю признательность за помощь в работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Современное состояние вопроса (обзор литературы)

В данном разделе аналитического обзора литературы последовательно изложены перспективы возделывания и получения высоких и устойчивых урожаев кукурузы, обоснованы возможности разработки адаптивных малозатратных технологий. На основании анализа опубликованных данных сделаны критические заключения, определены перспективные направления научных исследований и разработана программа их проведения.

2. Условия, место и методика исследований

Научные исследования по теме диссертации выполнены поэтапно в длительном стационарном опыте Брянской государственной сельскохозяйственной академии (номер государственной регистрации 046369). Стационарный полевой опыт организован в 1983 году в соответствии с планом научно-исследовательских работ по проблеме «Разработка и совершенствование элементов системы земледелия в условиях центрального района Нечерноземной зоны РСФСР» (государственное задание 03.01.03, регистрационная карточка № 24.1). Многолетний стационарный опыт Брянской ГСХА включен в реестр Государственной сети опытов с удобрениями и другими агрохимическими средствами (аттестат длительного опыта № 030 от 17.12.2004 г.).

Почва опытного участка серая лесная легкосуглинистая, глубина пахотного слоя 23-25 см, содержание гумуса (по Тюрину и Кононовой) 3,8 - 4,05%, рН солевой вытяжки 5,1 - 5,2, гидролитическая кислотность (по Каппену) - 2,1 - 2,9 мг- экв. на 100 г почвы, подвижного фосфора (по Кирсанову) - 134-161 мг, обменного калия (по Кирсанову) - 113-141 мг/кг почвы, подвижных форм микроэлементов - бора 0,88 - 1,10, молибдена 3,8 - 4,0, цинка 0,6 - 0,7, кобальта 1,0 -1,1 и марганца 25 - 48 мг/кг почвы.

Климат региона характеризуется как умеренно-континентальный, с умеренно холодной зимой, теплым летом и достаточно устойчивым увлажнением. Продолжительность вегетационного периода с суммой активных температур 2275°С составляет 141 - 149 дней, гидротермический коэффициент -1,43, сумма осадков - 323 мм, приход фотосинтетической активной радиации (ФАР) изменялся от 123 до 149 кДж/см.

Погодные условия в годы исследований были разнообразными и достаточно полно отражали особенности климата региона. Они позволяли всесторонне оценить изучаемые технологические приемы возделывания кукурузы. С учетом гидротермического коэффициента к среднемноголетним данным были близки 1991, 1993,1994, 1995, 2005 гг. (ГТК 1,4), избыточно влажными были 1990,1998, 1999, 2000,2001, 2003, 2004 гг. (ГТК- 1,6 - 1,9), сухими были 1992, 1996, 1997 и 2002 гг. (ГТК- 1,2 и менее).

Объектом исследований служили высокопродуктивные раннеспелые гибриды кукурузы зернового направления БЕМО - 181 СВ и РОСС - 191 МВ с густотой стояния 40, 70 и 100 тыс./га растений и среднеранний гибрид Одесский 80 МВ, которые по классификации ФАО относятся к 1 и 2 группам спелости.

В первом стационарном полевом опыте (1990- 1994 гг.) были изучены технологии возделывания кукурузы на силос с использованием трех разных способов основной обработки почвы: вспашка на 23 - 25 см; рыхление стойками СибИМЭ (ЛП-035) на 28 - 30 см; рыхление стойками «параплау» (ПРН-31000) на 28 -30 см, на каждом были развернуты четыре системы применения удобрений: 1) N_110-135Р_125-130K_80-125 + солома (5-6 т/га) + сидерат (5- 19,5 т/га) - интенсивная нетрадиционная; 2) N₈₀Р₈₀К₁₀ + навоз (55 т/га) - интенсивная традиционная; 3) N_25-60Р_50-75К₀ + навоз (55 т/га) + солома (5-6 т/га) + сидерат (5- 19,5 т/га)- переходная к биологической; 4) навоз (55 т/га) + солома (5-6 т/га) + сидерат (5- 19,5 т/га)- биологическая (контроль). Исследования в этом полевом опыте проводили в плодосменном севообороте со следующим чередованием культур: однолетние травы - озимая пшеница - кукуруза - ячмень - клевер - озимая рожь - картофель - овес.

Во втором стационарном полевом опыте (1995- 1998 гг.) в том же плодосменном севообороте при возделывании кукурузы по вспашке на 23- 25 см были изучены три густоты стояния растений: 1) 100 тыс./га растений; 2) 70 тыс./га растений; 3) 40 тыс./га растений на четырех системах применения удобрений как и в первом опыте: 1) N_120-130Р_110-120K_80-90 + солома (5- 6 т/га) + сидерат (8-11 т/га), 2) N₈₀Р₈₀К₁₀ + навоз (55 т/га), 3) N_50-60Р_40-50K₀ + навоз (55 т/га) + солома (5 - 6т/га) + сидерат (8-11 т/га), 4) Навоз (55 т/га) + солома (5- 6 т/га) + сидерат (8-11 т/га) без минеральных удобрений и химических средств защиты растений (контроль).

В 1999 - 2001гг. в третьем полевом опыте была изучена продуктивность двух раннеспелых гибридов кукурузы БЕМО -181СВ и РОСС-191МВ на тех же четырех фонах удобрений и средств защиты растений.

Во всех стационарных полевых опытах изучали также средства защиты растений (пестициды по фонам с минеральными удобрениями и без пестицидов на варианте без минеральных удобрений. Для борьбы с сорняками вносили почвенные гербициды алирокс (72% к.э.) - 5-6 л/га, харнес ( 90% к.э.) -2,5 л/га, в фазу 5 листьев посевы обрабатывали лонтрелом (30% в.р.)- 0,7 л/га и феноксазином (42 % к.э.)- 2,5 л/га по препарату с учетом засоренности. От повреждения шведской мухи растения в фазу 5 листьев обрабатывали метафосом (40 к.э.) - 1,0 л/га и каратэ (50 % к.э.) - 0,2 л/га по препарату совместно с микроэлементами.

В производственном полевом опыте в 2003 - 2005 гг. была изучена продуктивность кукурузы гибрида РОСС - 191МВ при густоте стояния 70 тыс./га растений на фоне различных систем удобрений: 1)NРК с зеленым удобрением (сидерат озимой ржи) и соломой в сочетании с химическими средствами защиты растений, 2)NРК с навозом в сочетании с химическими средствами защиты растений, 3)NРК с навозом, с зеленым удобрением (сидерат озимой ржи) и соломой в сочетании с химическими средствами защиты растений, 4)NРК основное внесение, N - подкормка с навозом в сочетании с химическими средствами защиты растений (контроль).

Органические и минеральные удобрения вносили в расчете на получение 80 т/га зеленой массы кукурузы (20 т/га сухого вещества) и 7,0 т/га её зерностержневой смеси, использовали навоз КРС (40 и 55 т/га) зеленую массу (сидерат) редьки масличной (5-19,5 т/га), зеленую массу озимой ржи (8-13 т/га), измельченную солому озимой пшеницы (4-6 т/га). Из минеральных удобрений использовали аммиачную селитру, хлористый калий и нитрофоску или азофоску. Доломитовую муку (6-8 т/га) вносили весной под предпосевную культивацию, микроудобрения (Zn, Mo, Mn)- 150г/га в виде некорневой подкормки в фазе 5 листьев. Минеральные удобрения в стационарных полевых опытах вносили локально зерностержневой сеялкой CЗC- 2,1 с сошниками Башкирского СХИ поделяночно под предпосевную культивацию комбинированным агрегатом РВК- 3,6, зеленое удобрение- сидерат редьки масличной после укосной спелости в первом стационарном полевом опыте заделывали осенью под основную обработку по схеме опыта.

Во втором и третьем стационарных полевых опытах зеленое удобрение - сидерат озимой ржи и минеральные удобрения заделывали весной под вспашку в соответствии со схемами опытов. Система защиты растений в опытах носила комплексный характер, в котором решающее значение отводилось агротехническим приемам. Мероприятия химической защиты растений от сорняков и вредителей во всех четырех полевых опытах проводили по принятым схемам опыта. Остальные агротехнические приемы при возделывании кукурузы соответствовали общепринятым для региона. Убирали кукурузу на силос в фазе молочно-восковой спелости, а на зерностержневую смесь- восковой спелости зерна.

Полевые опыты проводили в 3 повторностях при систематическом размещении вариантов. В стационарных полевых опытах размер учтенной площади делянок - 45,4 и 90,8 мІ, в производственном опыте- 600 м².

Наблюдения и исследования за состоянием растений и почвы в опытах проводили по методикам, изложенным в работах: «Агрохимические методы исследования почв». М.: Наука, 1985; Петербургский А.В. «Практикум по агрономической химии», 1968; Кауричев И.С. «Практикум по почвоведению», 1973; Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. «Практикум по земледелию», 1968; «Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур», 1985; Станков Н.В. «Корневая система полевых культур», 1964; Плешков В. Л. «Практикум по биохимии растений», I968; Доспехов Б.А. «Методика полевого опыта», 1985.

Экономическую эффективность изучаемых агротехнологий определяли на основе технологических карт возделывания кукурузы и складывающихся рыночных цен на продукцию и основные средства производства; энергетическую оценку проводили на основании методических рекомендаций В.В. Коринец, А.Ф. Козловцева, В.И. Козенко (1985); полученные экспериментальные данные подвергли математической обработке методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов по методическим указаниям Б.А. Доспехова (1985) с использованием пакетов прикладных программ для статической обработки «Statistica» и «Statgrafics».

3. Технологические и агроэкологические основы возделывания кукурузы на силос

На основе биологической природы кукурузы и агроклиматических условий сформулированы новые теоретические и методологические подходы к разработке экологически безопасных, энергосберегающих технологий её возделывания применительно к серым лесным почвам юго- западной части Центрального региона России. Установлено влияние агротехнологий на агрофизические, агрохимические, биологические свойства почвы, засорённость и продуктивность посевов, урожайность и качество продукции, а также экономические, энергетические показатели кукурузы, возделываемой на силос.

Влияние способов основной обработки почвы при комплексном применении удобрений и средств защиты растений на агрономические свойства почвы и засоренность посевов. Разработка и совершенствование адаптивных технологий возделывания кукурузы связаны с оптимизацией агрономических свойств почвы, регулированием водного, воздушного, пищевого и теплового режимов, надежной защитой посевов от сорной растительности, повышением продуктивности растений за счет рациональных способов основной обработки почвы, применения удобрений и средств защиты растений, использование высокопродуктивных гибридов с оптимальной густотой растений.

Агрофизические свойства и влажность почвы. Исследования, проведенные в 1990- 1994 гг., показали, что способы основной обработки вспашка на 23-25см, рыхление стойками СибИМЭ на 28-30см и по типу «параплау» на 28-30см обеспечивали рыхлое сложение и общую скважность почвы, которые были благоприятными для формирования урожая кукурузы и находились в оптимальных пределах: в начале вегетации 1,19-1,23 г/см³и 52,8-54,8% и в конце вегетации 1,29-1,32 г/см³ и 49,1-50,8% соответственно (рис. 1,2).

Установлена средняя корреляционная связь урожайности сухого вещества кукурузы от плотности сложения слоя почвы 0- 30 см. Эта зависимость прямолинейна и в фазу молочно- восковой спелости зерна выражается уравнением регрессии:

У= -100,48+85,91Х, при r=+0,36 (1)

Изменения агрофизических свойств почвы под влиянием основных обработок отразились и на содержании в ней влаги. Рыхление почвы стойками

Рис.3 - Влажность серой лесной почвы на глубине 0-30 см в зависимости от технологии возделывания кукурузы на силос, % (ср. 1990-1994 гг.)

СибИМЭ на 28-30 см на вариантах с минеральными удобрениями и пестицидами, использованием навоза, пожнивного сидерата и соломы с заделкой их предплужниками на 14-15 cм в первый период вегетации растений способствовали большему накоплению влаги, как в верхнем слое 0-30 см - 53,5- 56,4 мм, так и в более глубоких слоях 0-100 см - 176,8- 178,8 мм. На технологии с заделкой органических удобрений плугом на 23-25 см в нижний слой и рыхлением по типу «параплау» с заделкой их дисковой бороной на 8- 10 см в верхний слой, содержание влаги было меньше в слое 0-30 см - 52,6- 53,9 мм и 53,7- 54,4 мм, слое почвы 0-100 см - 158,8- 167,8 и 164,3-173,6 мм (рис. 3,4). Аналогичные закономерности в слое 0-100 см наблюдались при рыхлении почвы стойками СибИМЭ на 28-30 см в сочетании с навозом, сидератом и соломой и заделкой их предплужниками на 14-15 см без применения минеральных удобрений. Это также способствовало накоплению запасов влаги- 176,3 мм и увеличению урожайности кукурузы. К концу вегетации на технологиях со вспашкой и рыхлением стойками СибИМЭ запасы продуктивной влаги были меньшими в слое 0-30 см 40,8-43,7 мм и 37,2-40,0 мм и в слое 0-100 см 115,8-122,3 мм и 114,3-119,5 мм, особенно при высоком урожае биомассы кукурузы, которая активно использовала влагу.

Агрохимические свойства почвы. Новые способы основной обработки почвы: рыхление стойками СибИМЭ и по типу «параплау», как и традиционная вспашка с различными удобрениями под кукурузу в севообороте, не выявили закономерностей в изменении нитратного и аммонийного азота, общего фосфора и калия в слое почвы 0-30 см, их содержание в фазе всходов и на протяжении всей вегетации растений было повышенным, нитратного азота 3,9-7,5 мг/кг, аммонийного азота 16,6-19,9 мг/кг, подвижного фосфора 25,8-29,0 мг/кг и обменного калия 17,0-21,0 мг/кг почвы. Размещение нитратного и аммонийного азота, подвижного фосфора и обменного калия по горизонтам почвы: 0-10, 10-20 и 20-30 см дифференцировалось в зависимости от способа заделки органических удобрений. На вариантах с использованием органических и минеральных удобрений обеспеченность кукурузы нитратным азотом была в 1,7-1,8 раза выше, чем без их внесения, а содержание общего фосфора и калия было одинаковым.

Между содержанием нитратного азота (N- NО₃), подвижного фосфора (Р₂О₅) и обменного калия (К₂О) в слое почвы 0-30 см и урожайностью сухого вещества кукурузы в фазу молочно- восковой спелости зерна установлена высокая и средняя прямолинейная зависимость, которая выражается уравнениями регрессии: У= 1,10+5,19Х, при r= +0,77 (N- NО₃) (2)

У= -38,71+1,89Х, при r= +0,76 (Р₂О₅) (3)

У= -10,05+1,36Х, при r= +0,67 (К₂О) (4)

Содержание микроэлементов, тяжелых металлов и радионуклидов в серой лесной почве зависит от органических, минеральных удобрений и пестицидов в сочетании с различными способами основной обработки. Так, под кукурузой, возделываемой на силос, содержание бора в почве по вариантам технологий было высокое и составило 0,87-1,23 мг/кг. Однако по технологиям с внесением одних органических удобрений (навоза, сидерата, соломы) отмечена тенденция увеличения содержания бора по сравнению с другими технологиями. Количество молибдена 0,10-0,12 мг/кг, меди 3,2-4,7 мг/кг, кобальта 1,0-1,2 мг/кг и марганца 25-61 мг/кг почвы в технологиях соответствовало их среднему содержанию, а цинка 0,6-0,8 мг/кг - недостаточному. Особенно малое содержание цинка 0,6-0,8 мг/кг почвы объясняется, по-видимому, большим выносом растениями цинколюбивой кукурузы. Содержание остальных подвижных микроэлементов в пахотном слое исследований изменялось менее заметно. Наблюдалось также уменьшение всех микроэлементов, особенно количество бора, марганца и меди по профилю почвы при переходе к материнской породе.

Содержание тяжелых металлов в серой лесной почве в целом было небольшим, не обнаружено их изменение в зависимости от технологий возделывания. Некоторая тенденция увеличения содержания марганца отмечена при более глубокой обработке почвы стойками СибИМЭ и по типу "параплау" на глубину 28-30 см. Большое накопление марганца 199-290 мг/кг объясняется улучшением структуры почвы и ее водно-воздушным режимом в нижнем 20-30 см слое почвы, что оказывает положительное влияние на продуктивность растений кукурузы.

Следует также отметить, что через 15 лет после аварии на Чернобыльской АЭС содержание радионуклида цезия-137 в почве под кукурузой было незначительное 6,2-10,4 Бк/кг и дифференцировалось по слоям почвы в зависимости от системы удобрений и средств защиты растений. Растительная масса и солома, прошедшие через животных на ферме и возвращенных в почву в виде навоза, также как и пожнивные остатки, сидерат и солома, не повышали содержание радионуклидов, что свидетельствует о нормальной радиационной обстановке.

Биологическую активность пахотного слоя почвы определяли методом аппликации по разложению льняной ткани. Способы обработки почвы в сочетании с органическими и минеральными удобрениями по-разному влияли на интенсивность разложения клетчатки. В первой половине вегетации растений обработка почвы по типу "параплау" с заделкой навоза, сидерата и соломы дисковой бороной в верхний слой почвы способствовала наиболее интенсивному разложению клетчатки в слое 0-20 см, которая по годам исследований составила 26,3-27,0 %, 21,3-24,7 %, 26,0-26,7 % соответственно. Вспашка на 23-25 см и рыхление стойками СибИМЭ на 28-30 см с заделкой органических удобрений в более глубокие слои почвы в этот период уменьшали разложение клетчатки в пахотном слое.

Во второй половине вегетации все способы основной обработки почвы в сочетании с применением удобрений снижали интенсивность разложения клетчатки, однако по вспашке и рыхлении стойками СибИМЭ в сочетании с навозом, сидератом и соломой (контроль), снижение разложения целлюлозы менее значительно, а разница в разложении клетчатки нивелировалась и составила по вспашке 20,6-23,1%, стойками СибИМЭ - 20,0- 23,8% и "параплау" 18,8- 20,8%. Процесс разложения клетчатки заметно возрастал при совместном внесении органических и минеральных удобрений и зависел от погодных условий. Установлена высокая корреляционная связь урожайности сухого вещества кукурузы от интенсивности разложения клетчатки в слое почвы 0-20 см. Это зависимость прямолинейна и в период вегетации растений выражается уравнением регрессии:

У=-60,83+2,69Х, при r=+0,70 (5)

Засоренность посевов кукурузы, при изучаемых способах основной обработки почвы (вспашка, рыхление стойками СибИМЭ и «параплау») была практически одинаковой. На вариантах опыта с применением почвенных гербицидов число сорняков в посеве перед междурядной обработкой кукурузы уменьшалось в 1,2- 2,2 раза по сравнению с биологической технологией без применения гербицидов. Снижение засоренности посева происходило за счет гибели всходов однолетних двудольных сорняков: мари белой, пикульников, редьки дикой, трехреберников. Эффективность страховых гербицидов как в засушливые, так и в годы с нормальным увлажнением с учётом действия почвенных гербицидов снижало засорённость посева кукурузы в 2,7-3,3 раза.

Особенности формирования продуктивности посева, линейный рост и абсолютно сухая масса растений кукурузы проявлялись во второй период вегетации в фазы вымётавания и молочно-восковой спелости. На технологиях с рыхлением почвы стойками СибИМЭ на 28-30 см с применением удобрений и пестицидов высота растений и масса одного растения в расчёте на абсолютно- сухое вещество в фазу молочно- восковой спелости были максимальными и составили 250,0- 261,0 см и 147,4-156,5 г, тогда как на вариантах биологической технологии лишь 221,1 см и 73,9 г соответственно. Переходная к биологической технология способствовала максимальному линейному росту и накоплению абсолютно-сухого вещества кукурузы. На варианте переходной к биологической технологии листовая поверхность в эту фазу также достигала максимальных размеров - 53,8 тыс.м²/га, тогда как на аналогичном варианте по вспашке лишь 48,0 тыс.м ²/га и рыхлению почвы по типу «параплау» 46,8 тыс.м²/га. По биологической технологии, без применения минеральных удобрений и пестицидов эти показатели были ещё ниже и составили в фазу молочно-восковой спелости 37,0-39,0 тыс.м²/га.

Наибольший фотосинтетический потенциал посева (ФП) растений кукурузы отмечен на технологиях с рыхлением почвы стойками СибИМЭ с внесением органических и минеральных удобрений в сочетании с пестицидами 2,86-3,18 тыс.м²сут./га. На фоне вспашки и обработки почвы по типу "параплау" ФП посева кукурузы несколько снижался. На биологической технологии с внесением навоза, сидерата и соломы без минеральных удобрений и пестицидов по всем фонам обработки почвы ФП был еще ниже и составил 2,23- 2,35 млн. м²сут./га.

Чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) на вариантах технологий с внесением органических и минеральных удобрений и пестицидов находилась в пределах 5,54- 6,91 г/м² сутки, на биологических технологиях ЧПФ была ниже и равнялась 3,70- 4,06 г/м² сутки, что оказало отрицательное влияние на общую продуктивность посева кукурузы.

Формирование корневой системы кукурузы. Нами на серой лесной почве изучено формирование корневой системы в фазы 9-ти листьев, выметавания и цветения растений при разных способах заделки органических удобрений в почву. Установлено, что под действием удобрений и способов их заделки в почву изменялись накопление сухого вещества и характер распределения корневой системы.

У растений кукурузы при рыхлении почвы стойками СибИМЭ на 28-30 см и заделкой органических удобрений предплужниками на 14-16 см формировалась более мощная корневая система в слое почвы 0-40 см, которая проникала на большую глубину, чем при обычной вспашке на 23-25 см и рыхлении по типу «параплау» на 28-30 см и заделкой навоза, сидерата и соломы дисковой бороной на 8-10 см. Коэффициент продуктивности корней и степень насыщенности ими почвы были также выше на этом варианте технологии. По продуктивности надземной массы и корней у растений кукурузы на всех способах основной обработки почвы не было больших различий в технологиях с внесением навоза (55 т/га) в сочетании с минеральными удобрениями и использованием сидерата (5-19,5 т/га), соломы (5-6 т/га) и минеральных удобрений.

Урожайность и качество продукции. В среднем за пять лет (1990- 1994 гг.) исследований на технологиях с рыхлением почвы стойками СибИМЭ на 28-30 см получена наибольшая урожайность сухого вещества кукурузы 13,0-13,8 т/га, что в 2,0-2,1 раза выше, чем на биологической технологии, что объясняется лучшим использованием органических удобрений, равномерной их концентрацией в пахотном слое, рыхлением подпахотного слоя, повышенным запасом продуктивной влаги и биологической активностью почвы.

В технологии по вспашке на 23-25см и обработке почвы по типу «параплау» на 28-30см урожайность сухого вещества была меньше: 12,1-13,2 т/га, 12,1-12,7 т/га соответственно. На технологиях с нетрадиционными видами органических удобрений: пожнивного сидерата (5-19,5т/га), измельченной соломы (5-6 т/га), минеральных удобрений N_109-129P_77-80K_50-10 в сочетании с пестицидами и технологиях с внесением навоза (55 т/га), минеральных удобрений N₈₀P₈₀K₁₀ и пестицидами сбор сухого вещества кукурузы была практически на одинаково высоком уровне. Максимальная урожайность сухого вещества 12,7-13,8 т/га получена на технологиях с применением навоза (55 т/га), сидерата (5-19,5 т/га), соломы (5-6 т/га) и умеренном уровне минеральных удобрений N_25-60P_50-75K₀ в сочетании с пестицидами на всех способах основной обработки почвы (табл. 1). Следовательно, основная обработка почвы, органические и минеральные удобрения с пестицидами способствуют повышению урожайности сухого вещества кукурузы за счет хорошего их сочетания в агротехнологиях. На биологической технологии с внесением

Таблица- 1 Урожайность и кормовая ценность сухого вещества кукурузы в зависимости от технологий возделывания (ср. 1990-1994 гг.)

Примечание: НСР₀₅ 1990 г. - 0,42; 1991 г.- 0,51; 1992 г.- 0,65; 1993 г.- 0,50; 1994 г. - 0,45

навоза (55 т/га), сидерата (5-19 т/га) и соломы (5-6 т/га) без средств химизации была наименьшая урожайность сухого вещества 6,1-6,5 т/га.

На качество сухого вещества кукурузы положительно влияли технологии с совместным внесением органических и минеральных удобрений. Наибольшее содержание сырого протеина 7,20-7,64% и жира - 1,52-1,72% отмечено на вариантах переходной к биологической технологии с внесением навоза (55 т/га), сидерата (5-19,5 т/га), соломы (5-6 т/га) и умеренных доз минеральных удобрений (N_109-129P_77-80K_0-10 ), как на фоне вспашки, так и рыхлении стойками СибИМЭ и по типу «параплау». Прямой зависимости в содержании сырой клетчатки, БЭВ и золы от вносимых удобрений не установлено, отмечена лишь тенденция снижения содержания клетчатки и золы по биологической технологии с внесением навоза, сидерата и соломы по всем способам основной обработки почвы.

Минеральный состав сухого вещества в технологиях кукурузы также варьировал в зависимости от сочетаний органических и минеральных удобрений. Во все годы исследований технологии с внесением органических и минеральных удобрений способствовали повышению содержания в сухом веществе общего азота и зольных элементов на всех способах основной обработки почвы общего азота- 1,32-1,58%, фосфора- 0,25-0,28%, калия- - 1,17-1,42%. В то же время на биологической технологии без средств химизации содержание макроэлементов в сухом веществе было существенно меньше: азота лишь 1,07-1,13%, фосфора - 0,23-0,24%, калия - 1,04-1,09%.

Повышенный сбор кормовых единиц и переваримого протеина 11,2-12,0 т/га и 0,59-0,62 т/га соответственно получен по вариантам технологий с внесением органических и минеральных удобрений в сочетании с пестицидами на фоне рыхления почвы стойками СибИМЭ на 28-30 см с заделкой органических удобрений предплужниками на 14-16 см. По вспашке и рыхлению почвы по типы «параплау» эти показатели были несколько ниже. На вариантах без средств химизации сбор кормовых единиц и переваримого протеина существенно снижался.

Наибольший выход обменной энергии получен на технологиях с совместным внесением органических и минеральных удобрений и достигал в зависимости от приема основной обработки: по вспашке - 109,5-117,1 тыс. МДж/га, стойками СибИМЭ - 117,5-123,2 тыс. МДж/га и по типу «параплау» - 108,1-112,9 тыс. МДж/га. Существенно ниже она была в технологии с внесением одних органических удобрений и составила всего 54,3-57,9 тыс. МДж/га.

Аминокислотный состав зерностержневой смеси кукурузы. По содержанию в зерностержневой смеси кукурузы белка и аминокислот технологии возделывания оказались равноценными. Несколько повышенное содержание аминокислот было получено на переходной к биологической технологии при внесении всех видов органических (навоз, сидерат, солома), в сочетании с минеральными удобрениями. Валовой сбор всех аминокислот, в том числе и незаменимых в технологиях возрастал в соответствии с повышением урожая и содержанием белка в биомассе кукурузы.

Химический состав, питательность и переваримость силоса свидетельствуют, что по содержанию сухого вещества 74,2- 75,0%, протеина 2,39- 2,45% и безазотистых экстрактивных веществ 13,98- 15,36% преимущественное положение занимает силос, приготовленный из растений кукурузы выращенной в технологиях при совместном внесении органических и минеральных удобрений в сочетании с пестицидами. В одном килограмме силоса, приготовленного из растений удобренных органическими и минеральными удобрениями, содержалось 0,24 - 0,25 корм. ед. и 13,3 - 14,0 г переваримого протеина, а из растений, выращенных на биологической технологии без средств химизации, содержалось несколько меньше 0,23 корм. ед. и 13,2 г/кг переваримого протеина.

Производство экологически безопасных кормов из кукурузы. При комплексном применении органических и минеральных удобрений в сочетании с пестицидами содержание нитратов в технологиях возделывания кукурузы в фазы молочно-восковой спелости зерна определялось уровнем их питания и варьировало от 215,8-291,0 мг/кг, что было ниже ПДК, ещё ниже содержание нитратов и при меньших их колебаниях в растениях 103,3 - 116,8 мг/кг отмечено на биологической технологии с применением навоза, соломы и сидератов без средств химизации.

В воздушно- сухой массе растений кукурузы на изученных технологиях отмечено низкое содержание микроэлементов: йода 0,02 - 0,05, молибдена 0,07 - 0,09 и кобальта 0,07 - 0,09 мг/кг, среднее содержание марганца 31,0 - 38,6, меди 5,0 - 6,5 и цинка 20,2- 24,3 мг/кг и высокое бора 26,3 - 29,7 мг/кг, при оптимальном его значении в почве.

Содержание тяжелых металлов в воздушно-сухом веществе растений кукурузы в технологиях варьировали: по меди соответственно - 2,3-2,7 мг/кг, кобальту - 0,27- 0,42 мг/кг, марганцу - 24,3 - 31,0 мг/кг, свинцу - 1,82-2,13 мг/кг, никелю - 0,7-0,9 мг/кг и хрому 0,39-0,52 мг/кг при ПДК соответственно- 30, 50, 1, 60, 0,3, 5, 3 и 0,5 мг/кг. Однако следует отметить, что в воздушно-сухом веществе растений кукурузы по всем технологиям отмечено повышенное содержание кадмия, которое варьировало от 0,40 до 0,62 мг/кг и было выше уровня ПДК (0,3 мг/кг), хотя не было его превышения в почве.

Результаты также свидетельствуют, что при внесении пестицидов в ранний период вегетации растений к уборке в образцах кукурузы их не было обнаружено, что связано с правильным регламентом их применения и сбалансированным питанием растений. Изучение поступления радиоактивного изотопа цезий -137 из почвы в растения кукурузы в условиях загрязнения среды от12 до 20 мкр/час в последствии аварии на Чернобыльской АЭС свидетельствует, что по изучаемым технологиям в растениях кукурузы накапливалось цезия-137 от 4,1 до 8,7 Бк/кг, что ниже ПДК. В целом в условиях данной территории можно получать биологически полноценную и экологически безопасную продукцию кукурузы по разработанным технологиям.

Экономическая и энергетическая эффективность. Данные экономической оценки показывают, что по интенсивной нетрадиционной технологии с использованием сидерата и соломы в сочетании с минеральными удобрениями и пестицидами на всех способах обработки почвы производственные затраты на 1га были самыми низкими 6,19-6,35 тыс. руб. и сокращались по сравнению с интенсивной традиционной на 21,7-23,1%. Себестоимость 1ц кормовых единиц также была самой низкой и составила 0,56-0,61 тыс. руб., что позволило повысить уровень рентабельности от 309 до 349 %. По переходной к биологической технологии уровень рентабельности также был высоким и составил по вспашке и обработке стойками СибИМЭ 250 и 274%.

Энергетическая оценка эффективности технологий возделывания кукурузы показала, что наибольшие затраты энергии на 1га 26,6-31,7 тыс. МДж/га были вложены в интенсивные технологии и переходную к биологической с внесением минеральных удобрений и средств защиты растений. Применение одних органических удобрений (биологическая технология) снижало энергозатраты до 20,0-20,5 тыс. МДж/га. Наиболее высокое накопление энергии урожаем получено при интенсивных и переходной к биологической технологиях с применением минеральных удобрений, средств защиты растений и составило 151,7-173,2 тыс.МДж/га. На биологической технологии без производственных затрат на средства химизации накопление энергии урожаем кукурузы составило 76,6-81,6 тыс. МДж/га и было в 2,0 раза ниже по сравнению с другими технологиями, интенсивными и переходной к биологической, которые обеспечивали высокий коэффициент энергетической эффективности 4,3-5,0, в биологической он снижался до 2,8.

4. Агрономические свойства почвы и формирование урожая кукурузы на силос в зависимости от густоты стояния растений, применения удобрений и средств защиты растений

Агрофизические свойства и влажность почвы. Установлено, что под кукурузой, как в начале, так и в конце вегетации, плотность почвы в слое 0- 30 см на вариантах технологий с густотой 100, 70, 40 тыс./га растений была практически одинаковой и находилась в пределах 1,19-1,22 и 1,28-1,30 г/ см³ соответственно, что было оптимально для растений кукурузы. Влияние применения удобрений на плотность серой лесной почвы нами не установлено. Между плотностью сложения почвы в слое 0-30 см и урожайностью сухого вещества кукурузы установлена средняя корреляционная связь. Эта зависимость прямолинейна и выражается уравнением регрессии:

У= -279,26+227,61Х, при r=+0,42 (6)

В этих условиях общая скважность почвы в слое 0-30 см в начале вегетации составила - 52,6-54,3 %, к уборке она снижалась до 49,8-51,1 % и не выходила за пределы благоприятных показателей для растений кукурузы.

Наибольший запас продуктивной влаги был отмечен на технологиях с густотой 40 тыс./га растений и был больше в 1,1-1,2 раза, чем при густоте 100 тыс./га. Это связано с повышенной плотностью и высокой урожайностью агроценозов, с густотой растений 100 и 70 тыс./га вследствие возрастающего водопотребления кукурузы и экономном расходовании воды с густотой 40 тыс./га.

Содержание питательных веществ в почве. Увеличение густоты растений кукурузы с 40 до 70 и 100 тыс./га не оказывало негативного влияния на содержание в серой лесной почве подвижных форм элементов питания. На протяжении всей вегетации растений в пахотном слое содержание нитратного азота 1,3- 2,1 мг/кг, подвижного фосфора 25,2-28,0 мг/кг и калия 16,6-18,9 мг/кг было повышенным. Разные технологии создавали хорошие условия питания в слое почвы 0-30 см. На технологиях с совместным применением органических и минеральных удобрений содержание подвижного фосфора и обменного калия было несколько выше, чем на вариантах с использованием органических удобрений, что способствовало получению высокого урожая кукурузы. Установлена средняя корреляционная связь урожайности сухого вещества кукурузы от содержания в слое почвы 0-30 см нитратного азота (N- NО₃), подвижного фосфора (Р₂О₅) и обменного калия (К₂О), Эта зависимость прямолинейна и в фазу молочно- восковой спелости зерна выражаются уравнениями регрессии:

У= 2,57+6,27Х, при r= +0,51 (N- NО₃) (7)

У= -67,39+3,02Х, при r= +0,59 (Р₂О₅) (8)

У= -32,41+2,56Х, при r= +0,50 (К₂О) (9)

Биологическая активность почвы. За годы исследований наибольшая интенсивность разложения клетчатки наблюдалась на вариантах технологий с совместным внесением органических и минеральных удобрений, и составила в среднем 27,2- 29,2 % в первой половине вегетации и 26,8- 29,8 % во второй половине вегетации растений кукурузы. В биологической технологии без применения минеральных удобрений активность разложения целлюлозы была ниже - 26,6- 26,8 % в первой половине вегетации и 25,7- 26,5 % во второй половине вегетации. Установлена высокая корреляционная связь урожайности сухого вещества кукурузы от интенсивности разложения клетчатки в слое почвы 0-20 см. Эта зависимость прямолинейна в период вегетации растений и выражается уравнением регрессии:

У= -60,83+2,69Х, при r= +0,70 (10)

Больших различий в разложении клетчатки от плотности посева кукурузы в исследуемые годы не установлено.

Сегетальная флора в составе агрофитоценозов при разных технологиях возделывания кукурузы. Исследования показали, что запас семян сорняков в пахотном слое почвы на опытном поле составлял 500-700 тыс.шт./м². В почве преобладали семена однолетних сорняков: проса куриного, щирицы запрокинутой, мари белой, которые составляли 50-80 % от общего запаса. Семена этих видов сорняков и определяли общий фон засоренности посева кукурузы. Число многолетних видов сорняков было незначительно, они встречались единично. Характер и степень засорённости посевов в технологиях зависел от погодных условий, плотности посева растений кукурузы и вносимых гербицидов. Наиболее сильная засорённость наблюдалась при густоте стояния растений 40 тыс./га, что в 1,2-1,4 раза больше, чем при густоте 100тыс./га. На вариантах технологий с применением гербицида число сорняков перед междурядной обработкой кукурузы в среднем за три года было в пределах 85,0- 116,8 шт./м², а перед уборкой кукурузы 46,3-72,6 шт./м², что в 1,3-1,4, 1,1-1,4 раза ниже по сравнению с биологической технологией.

Динамика линейного роста растений и нарастания сухого вещества.

Рост растений в высоту зависел от густоты растений и применения удобрений. Различия по вариантам технологий начали проявляться с фазы 8-9 листьев и наблюдались в фазы выметывания метелки и молочно-восковой спелости зерна кукурузы. Наибольшую высоту во все годы имели растения на вариантах технологий с густотой стояния 100 тыс./га на всех фонах применения удобрений. К уборке кукурузы на вариантах с густотой 100 тыс./га линейный рост растений составил 207,8-248,3 см и превышал варианты с густотой 70 тыс./га на 12,9 см, а 40 тыс./га на 17,8 см.