Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Научные аспекты регулирования влагообеспеченности в высокопродуктивных агроценозах лесостепи Среднего Поволжья

Научные аспекты регулирования влагообеспеченности в высокопродуктивных агроценозах лесостепи Среднего Поволжья

Особенности режима влажности выщелоченных черноземов. Влияние основной обработки почвы и средств химизации на водно-физические свойства выщелоченного чернозема. Влагообеспеченность сельскохозяйственных культур на полях, защищенных лесными полосами.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 29.01.2018
Размер файла 563,3 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Научные аспекты регулирования влагообеспеченности в высокопродуктивных агроценозах лесостепи среднего Поволжья

06.01.01 - общее земледелие

Каргин В.И.

Йошкар-Ола - 2009

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кузнецов Александр Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Холзаков Владимир Михайлович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Платунов Алексей Александрович

Ведущая организация: ГНУ «Татарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема получения относительно высоких и одновременно стабильных урожаев сельскохозяйственных культур связана с вопросами влагообеспеченности сельскохозяйственных культур. Согласно данным РАСХН, устойчивость отечественной агросферы в 3,5 раза ниже, чем в развитых странах. Эффективное использование биопотенциала сельскохозяйственных растений в лесостепи Среднего Поволжья часто ограничивается неблагоприятными условиями увлажнения в вегетационный период.

Колебания урожаев по годам чаще всего вызываются несоответствием запасов влаги в почве и потребностями в ней растений. Грунтовые воды, как правило, лежат глубоко и прямого участия в формирования режима влажности не принимают. Из-за значительного расхода влаги летом на испарение черноземы к осени оказываются сильно иссушенными, особенно в верхней части. Осенние дожди увлажняют лишь поверхностные слои почвы. При отсутствии зимних оттепелей почва в таком состоянии сохраняется до весны. В течение вегетационного периода сельскохозяйственные растения потребляют влагу в основном из слоя 0-50 см и в меньшей степени - из слоя 50-100 см, что указывает на сравнительно слабый подток влаги из влажных глубоких слоев к верхним - испаряющим. Большие запасы влаги в глубоких слоях почвы остаются малодоступными для сельскохозяйственных растений даже в крайне засушливые периоды вегетации, и поэтому отмечается тесная связь между осадками и урожаем.

В научной литературе проблема влагообеспеченности сельскохозяйственных культур изучена недостаточно, что и явилось основанием для проведения данного исследования.

Цель и задачи исследований. Цель исследований состояла в изучении особенностей водного режима зональных почв и на основе системного подхода и многолетних данных разработать приемы регулирования влагообеспеченности сельскохозяйственных культур на выщелоченных черноземах лесостепи Среднего Поволжья.

Для реализации цели были поставлены следующие задачи:

- выявить особенности режима влажности выщелоченных черноземов, проанализировать изменение влагообеспеченности культурных растений и исследовать влияние метеорологических показателей на формирование запасов влаги в почве;

- изучить влияние основной обработки почвы и средств химизации на водно-физические свойства выщелоченного чернозема, накопление и рациональное использование влаги растениями, продуктивность зерновых культур;

- разработать систему основной обработки в зернопаропропашных и зернотравяно-пропашных севооборотах, направленную на накопление и лучшее использование влаги, уменьшение засоренности посевов, повышение почвенного плодородия и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур;

- изучить влияние систематического внесения минеральных и органических удобрений на эффективность использования почвенной влаги и продуктивность сельскохозяйственных культур;

- оценить влияние удобрений в зернотравяно-пропашных севооборотах на эффективность использования почвенной влаги и продуктивность сельскохозяйственных культур;

- изучить влияние полезащитных лесных полос на элементы водного режима, рациональное использование влаги растениями и их продуктивность на полях, защищенных лесными полосами;

- определить экономическую и энергетическую эффективность предлагаемых приемов регулирования влагообеспеченности.

Научная новизна. Впервые для лесостепи Среднего Поволжья разработан и предложен комплексный подход по регулированию влагообеспеченности культурных растений. Выявлена возможность использования поверхностных обработок после озимой пшеницы в сочетании со средствами химизации, позволяющих получить зерно пшеницы и ячменя высокого качества.

Доказана эффективность комбинированной системы обработки выщелоченного чернозема в зернопаропропашном и зернотравяно-пропашном севооборотах в регулировании влагообеспеченности и основных параметров плодородия выщелоченных черноземов по сравнению с постоянной вспашкой, безотвальной и поверхностной обработками. Установлена возможность минимизации основной обработки в севооборотах лесостепи Среднего Поволжья.

Определена роль систематического применения минеральных и органических удобрений в рациональном использовании почвенной влаги. Показана роль полезащитных лесных полос в изменении водных свойств почвы, в эффективном использовании почвенной влаги и повышении продуктивности культур.

Установлена роль севооборотов с люцерной и кострецом в рациональном использовании почвенной влаги. Дана экономическая и биоэнергетическая оценка приемов регулирования влагообеспеченности сельскохозяйственных культур.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Поверхностные обработки после предшественника озимой пшеницы в сочетании со средствами химизации не приводят к ухудшению водно-физических свойств выщелоченного чернозема: переуплотнению почвы, снижению влагопотребления растениями пшеницы и ячменя по сравнению с вспашкой и позволяют получать зерно высокого качества.

2. Комбинированная система основной обработки в зернопаропропашном севообороте, поверхностная и комбинированная - в зернотравяно-пропашном позволяют эффективнее использовать влагу и не приводят к ухудшению водно-физических свойств, питательного режима почвы, увеличению засоренности посевов и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

3. Систематическое внесение минеральных и органических удобрений позволяет более рационально использовать почвенную влагу за счет формирования более мощной корневой системы сельскохозяйственных культур и повысить их устойчивость к недостатку влаги в засушливые периоды.

4. Наиболее эффективно используется почвенная влага в зернотравяно-пропашных севооборотах с люцерной. В севообороте с люцерной рекомендуется применение полного минерального удобрения в дозе - N30-54Р43K47, в севооборотах с кострецом - в дозе N54-77Р43K47.

5. Полезащитные лесные полосы улучшают элементы водного режима почвы, способствуют рациональному использованию влаги растениями, ведут к улучшению агрофизических, агрохимических свойств почвы, повышают продуктивность полевых культур, увеличивают ранневесенние запасы влаги в трехметровой толще на 69-116 мм по сравнению с открытым полем, снижают физическое испарение на 42,4-45,0 %.

Практическая ценность и реализация результатов. На основании обобщения многолетнего экспериментального материала, предложены научнообоснованные модели оптимизации влагообеспеченности.

Материалы исследований включены в две рекомендации для специалистов сельского хозяйства по технологии возделывания сельскохозяйственных культур, использованы при написании монографий. Полученные данные используются также при чтении лекций специалистам сельского хозяйства Республики Мордовия и в учебном процессе при изучении курса «Земледелие» и других дисциплин по агрономическим специальностям.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации были доложены на международных (Йошкр-Ола, 1998; Москва, 2000, 2003, 2004; Самара, 2003, 2004, 2005; Киров, 2005; Волгоград, 2005; Чебоксары, 2005); всероссийских (Воронеж, 1998; Санкт-Петербург - Пушкин, 2002; Казань, 2004; Саранск, 2005); и региональных научно-практических конференциях (Саранск, 2000, 2001, 2004, 2005, 2006; Киров, 2000; Сыктывкар, 2002; Йошкар-Ола, 2003); на Огаревских чтениях МГУ им. Н. П. Огарева
(1998-2005), заседаниях ученого совета Мордовского НИИСХ (1998-2004), Ульяновского НИИСХ (1999-2008), кафедры технологии производства и переработки растениеводческой продукции МГУ им. Н. П. Огарева (2005-2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 89 работ, в том числе 3 монографии, 2 рекомендации, 12 статей в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на
370 страницах машинописного текста в компьютерном исполнении, содержит 107 таблиц, 21 рисунок. Состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы, включающего 549 наименований, из них 43 иностранных, и 59 приложений.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили в 1992-2008 гг. в 6 полевых опытах.

Опыт 1. Разрабатывалась рациональная обработка выщелоченного чернозема в сочетании со средствами химизации при возделывании яровой пшеницы и ячменя в условиях Республики Мордовия. Опыт проводился в ООО «Константиновское» Ромодановского района Республики Мордовия в 2006-2008 гг.

Схема опыта:

Фактор А (обработка почвы): 1) вспашка на глубину
20-22 см; 2) обработка дискатором на 8-10 см; 3) обработка
БДТ-7А на 8-10 см; 4) обработка КПЭ-3,8А на 8-10 см; 5) без основной обработки;

Фактор В (удобрения): 1) контроль (без удобрений); 2) удобрения;

Фактор С (средства защиты): 1) контроль; 2) комплекс.

Комплекс включал: протравливание семян; обработку посевов в фазу кущения зерновых культур гербицидом - баковой смесью Прима (0,3 л/га) + Магнум (5 г/га); обработку против болезней в фазу выхода в трубку препаратом Тилт (0,5 л/га).

Опыт проводился в севообороте горох - озимая пшеница - яровая пшеница и ячмень.

Варианты обработки размещались на двух фонах удобрений и двух фонах защиты растений. Расчетные дозы минеральных удобрений под урожай зерна 5,0 т/га вносились под основную обработку.

Повторность трехкратная. Площадь делянок 210 м2.

Опыт 2. Изучалась основная обработка выщелоченного чернозема в зернопаропропашном и зернотравяно-пропашном севооборотах. Опыт проводился на биологической базе Мордовского государственного педагогического института им. М. Е. Евсевьева в 1988-1996 гг. Экспериментальная работа проводилась нами в 1992-1996 гг.

Схема опыта:

Фактор А: (севооборот 1): 1 - вико-овсяная смесь (1989-1991); 2 - просо (1990-1992); 3 - чистый пар (1991-1993); 4 - озимая пшеница (1992-1994); 5 - кукуруза (1993-1995); 6 - яровая пшеница (1994-1996); (севооборот 2): 1 - вико-овсяная смесь (1989-1991);
2 - люцерна 1-го года пользования (1990-1992); 3 - люцерна 2-го года пользования (1991-1993); 4 - озимая пшеница (1992-1994); 5 - кукуруза (1993-1995); 6 - яровая пшеница (1994-1996);

Фактор В (обработка почвы): 1) отвальная; 2) плоскорезная;
3) комбинированная; 4) безотвальная; 5) поверхностная;

Фактор С (удобрения): 1) контроль (без удобрений); 2) удобрения.

Удобрения вносились осенью: под вико-овсяную смесь - N30P60К60; просо - N50P70К70; многолетние травы - N30P90К90; озимую пшеницу - N60P60К60; кукурузу - N60P90К90; яровую пшеницу - N50P70К70.

Опыт заложен в трехкратной повторности. Посевная площадь делянок 252 м2, расположение их систематическое.

Опыт 3. Исследовалось влияние длительного систематического применения минеральных удобрений на влагообеспеченность растений на опытном поле кафедры ботаники Мордовского государственного педагогического института им. М. Е. Евсевьева. Опыт заложен в 1973-1974 гг. Экспериментальная работа проводилась нами в 1992-1996 гг.

Схема его включала следующие варианты: 1) без удобрений;
2) N60P60K60 (ежегодно); 3) N120P120K120 (ежегодно).

Площадь делянок 10 м2. Повторность четырехкратная.

Опыт 4. Влияние длительного применения органических и минеральных удобрений на эффективность использования почвенной влаги сельскохозяйственными культурами изучалось в стационарном опыте, заложенном К. А. Костровым и А. В. Маловой на полях Мордовской сельскохозяйственной опытной станции (ныне Мордовский НИИСХ) в 1960-1962 гг. Нами проведены обработка и анализ экспериментальных данных по использованию почвенной влаги в зависимости от длительного применения удобрений.

Опыт 5. Эффективность использования почвенной влаги в зернотравяно-пропашных севооборотах с люцерной и кострецом изучалась нами на опытном поле Мордовского НИИСХ в
1996-2005 гг. Опыт выполнен методом рендомизированных повторений и включал три фактора (2Ч2Ч5).

Схема опыта:

Фактор А (севооборот): 1) с люцерной; 2) с кострецом. Чередование культур в севооборотах: ячмень + многолетние травы- многолетние травы 1-4-го года пользования - озимая пшеница (1996-1997) - яровая пшеница (1997-1998) - соя (1998-1999) - яровая пшеница (1999-2000) - соя (2000-2001) - яровая пшеница (2001-2002) - яровая пшеница (2003-2004).

Фактор В (агрохимический фон): 1) повышенный (гумус
8,9 %, Р2О5 - 171 и К2О - 182 мг/кг почвы, Р2О5 в СаСl2 - 5,2 мг/кг); 2) высокий (гумус 9,3 %, Р2О5 - 267 и К2О - 216 мг/кг почвы, Р2О5 в СаСl2 - 13,3 мг/кг почвы);

Фактор С (удобрения): 1) контроль (без удобрений); 2) фосфорно-калийные удобрения (РК фон); 3) РК + N1 - низкий уровень азотного питания; 4) РК + N2 - умеренный уровень азотного питания; 5) РК + N3 - повышенный уровень азотного питания;

Удобрения вносились осенью: под озимую пшеницу - Р50К70, N30Р50К70, N45Р50К70, N60Р50К70; яровую пшеницу - Р40К40, N30Р40К40, N60Р40К40, N90Р40К40; сою - Р45К50, N30Р45К50, N45Р45К50, N60Р45К50.

Площадь учетной делянки 85 м2. Опыт в натуре имел два поля, введенных последовательно. Повторность трехкратная.

Опыт 6. Влияние полезащитных лесных полос на элементы водного режима почв и эффективность использования и накопления влаги изучалось на территории ТОО «Свердловское» Октябрьского района г. Саранска в 1992-2002 гг. на полях, защищенных параллельными 15-рядными лесополосами, шириной 23 м (высота древостоя 12 м), заложенными в 1949 г. Расстояние между ними 500 м.

Для выявления закономерностей формирования и расходования почвенной влаги нами были обработаны многолетние систематические наблюдения сети станций Гидрометслужбы за 1924-2005 гг.

Наблюдения, учеты и анализы проводили по следующим методикам и ГОСТам: фенологические наблюдения за ростом и развитием растений по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985). Агрохимические свойства почвы опытных участков определяли методами, рекомендованными ЦИНАО для зоны: содержание гумуса - по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-84), общего азота - по Кьельдалю (ГОСТ 26107-84), азота нитратов - ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86), аммиачного азота - в 0,1 HCl-вытяжке с использованием реактива Несслера. Подвижные формы фосфора и калия определяли в вытяжке по Кирсанову модификации ЦИНАО (ГОСТ 26207-84); кислотность почвы рНсол. - ионометрическим методом (ГОСТ 26483-85), гидролитическую кислотность - по Каппену в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-84), сумму обменных оснований - по Каппену - Гильковицу (ГОСТ 27821-88); влажность почвы - весовым методом, запасы доступной влаги в почве и коэффициент водопотребления - по методике Б. А. Доспехова (1987); плотность почвы (г/см3) - объемно-весовым методом, плотность твердой фазы - пикнометрически; пористость почвы и пористость аэрации - расчетным способом; полевую влагоемкость методом заливаемых площадок; максимальную гигроскопичность почвы - по Николаеву. Химический состав образцов зерна, соломы (содержание азота, сырого протеина, сырой клейковины, сырого жира, сырой клетчатки, крахмала, сырой золы, сахара, фосфора, калия, кальция) определяли на компьютерно-аналитической системе NIR SCANNER - 4250. Экономическую эффективность рассчитывали с использованием применяемых нормативов и расценок; биоэнергетическую эффективность по методике Россельхозакадемии (1983, 1994). Экспериментальные данные обрабатывали методом дисперсионного и регрессионного анализа по Б. А. Доспехову (1985) с использованием статистических программ на ПЭВМ.

Метеорологические условия в годы исследований были различными, но типичными для зоны.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Режим влажности выщелоченного чернозема лесостепи Среднего Поволжья

Условия увлажнения территории Нечерноземной зоны, в том числе лесостепи Среднего Поволжья, в научной литературе оцениваются неоднозначно. Д. И. Шашко считает ее достаточно и избыточно влажной, где сухих лет не бывает, засушливые составляют 1-3 %, полузасушливые - 5-12 %. На основе этого он приходит к выводу, что снижение урожая из-за недостатка влаги в зоне маловероятно. С такой оценкой влагообеспеченности юга Нечерноземной зоны, куда относится Республика Мордовия, мы согласиться не можем.

Количество осадков за год и за вегетационный период подвержено резким колебаниям. При их среднемноголетней сумме 478 мм колебания за исследуемый период составляли от 290 до 708 мм. Для большинства полевых культур наибольшее значение имеют осадки, выпадающие за май-август. Среднемноголетнее количество осадков за этот период составляет 216 мм с колебаниями от 34 до 456 мм. Из общего количества исследуемых лет 43,3 % характеризуются сильно- и среднезасушливым вегетационным периодом и только 36,7 % - нормально увлажненными.

В течение вегетации растения яровой пшеницы используют как почвенную влагу, так и влагу осадков. Согласно нашим расчетам, влаги из почвы они расходовали 80,62 мм (33,7 %), за счет осадков - 158,9 мм (66,3 %). В нормально увлажненные и засушливые вегетационные периоды основным источником влаги для растений является почва. В сильнозасушливые вегетационные периоды отмечена тесная связь между урожаем яровой пшеницы и осадками. Доля участия осадков в общем расходе влаги посевами яровой пшеницы в засушливые вегетационные периоды составляла
39,9-52,7 %, а во влажные - 82,5-94,6 % (табл. 1).

Динамика запасов влаги зависит от случайного характера выпадающих осадков, температурного режима и относительной влажности воздуха. Процесс их изменения определяется запасами влаги в предшествующий период, осадками, температурой и относительной влажностью воздуха. Коэффициент корреляции между запасами влаги во вторую декаду мая и их запасами в предшествующую декаду составил 0,63. Отмечена тесная связь запасов влаги с осадками (r = 0,64). Взаимосвязь между запасами влаги и температурой воздуха описывается нелинейным уравнением.

Таблица 1 - Расход влаги посевами яровой пшеницы в различные вегетационные периоды, 1961-1998 гг.

Характеристика

вегетационного периода

Расход влаги

всего, мм

в том числе, %

из почвы

за счет осадков

Нормально увлажненный

251

68,4

31,6

Среднезасушливый

223

47,3

52,7

Сильнозасушливый

204

60,1

39,9

Средне- и избыточно увлажненный

272

17,5

82,5

Сильно- и избыточно увлажненный

296

5,4

94,6

Комплексным показателем оценки влагообеспеченности является гидротермический коэффициент (ГТК). Зависимость между урожайностью и ГТК носит нелинейный характер. Во второй декаде мая максимальная урожайность яровой пшеницы обеспечивалась при ГТК, равном 6, в третьей декаде - 2,2-3, а в июле оптимальный показатель был равен 0,2-0,4.

Запасы влаги в почве под сельскохозяйственными культурами, по многолетним данным, имеют ряд состояний, вероятность перехода которых в любое другое может быть описана стохастической матрицей. Полученные таким способом данные позволяют проводить краткосрочный и долгосрочный прогнозы с учетом влагозапасов в предшествующую декаду. Долгосрочный прогноз свидетельствует, что в исследуемой зоне очень велик процент лет с запасами влаги до 30 мм. В посевах яровых зерновых культур в слое
0-100 см он достигает 37-44 %. Более четко эта закономерность проявляется в восточной части республики. Число лет с очень высокими запасами продуктивной влаги (121-150 мм) составляет всего от 1 до 3 за столетие.

Влияние основной обработки почвы и средств химизации
на влагообеспеченность и урожайность зерновых культур

Несмотря на наличие большого экспериментального материала по изучению параметров водного режима почвы, включая накопление влагозапасов в зависимости от систем ее обработки, точки зрения на эту проблему разноречивы, о чем свидетельствует еще большее разнообразие мнений в отношении расхода воды из почвы в течение вегетации культур. Более того, данные, получаемые даже в одних исследованиях этой проблемы, иногда чрезвычайно различаются по годам.

Для черноземов исследуемой зоны особую опасность представляет уплотнение пахотного слоя, которое оказывает влияние на водный режим почв. Наши данные свидетельствуют, что поверхностные обработки выщелоченного чернозема после предшественника озимой пшеницы не ухудшают водно-физические свойства и не приводят к переуплотнению почвы. Однако на вариантах с поверхностной обработкой в слоях 10-20 и 20-30 см создавалась уплотненная прослойка, которая препятствовала проникновению корневой системы зерновых культур в глубокие слои почвенного профиля. Вспашка устраняла эту прослойку. В среднем за 2006-2008 гг. плотность слоя почвы 10-20 см в фазу всходов ячменя составляла 1,01 г/см3 , на вариантах с поверхностной обработкой она повышалась на 17,8 %, а без основной обработки - на 19,8 %. В слое 20-30 см плотность почвы составила по вспашке 1,16 г/см3, по поверхностной обработке - 1,21-1,28 и без основной обработки - 1,21 г/см3.

В соответствии с изменением плотности почвы менялись пористость общая и количество пор, занятых водой и воздухом. Наибольший показатель наблюдался по вспашке, а наименьший - по поверхностной обработке. В фазу всходов на вариантах с поверхностной обработкой в слое 20-30 см пористость снижалась и составляла около 10 %, что отрицательно сказалось на формировании корневой системы культурных растений.

На вариантах с поверхностной обработкой наблюдалась более высокая влажность в слое почвы 0-50 см, а со вспашкой - в слое
50-100 см, что связано с неодинаковой плотностью прослоек пахотного слоя. Кроме того, на вариантах со вспашкой влага использовалась со слоя почвы 0-100 см, а при проведении поверхностных обработок - в основном со слоя 0-50 см, что связано с особенностью развития корневой системы зерновых культур.

Проведенные исследования свидетельствуют, что наибольшее количество влаги было использовано растениями ячменя за вегетационный период на варианте со вспашкой и наименьшее - на варианте без основной обработки. В среднем по опыту на 1 т зерна ячменя за 2006-2008 гг. на варианте со вспашкой растения расходовали 55,07 мм влаги, с поверхностными обработками - 68,02-
68,66 мм, а без проведения основной обработки - 110,99 мм. Наиболее эффективно влага использовалась на вариантах основной обработки, где в технологии возделывания зерновых культур применялись средства химизации. Причем основная часть влаги была использована растениями в фазу кущение - колошение, когда был отмечен и наибольший ее суточный расход.

Основная обработка почвы оказывает существенное влияние на содержание элементов питания в отдельных прослойках пахотного слоя. На варианте со вспашкой снижение содержания подвижного азота, например, в слое 20-40 см по сравнению с слоем 0-20 см составило примерно 13 %, на вариантах с поверхностной обработкой - 2,6 раза.

Следовательно, вспашка приводит к выравниванию содержания подвижных элементов питания в пахотном слое, а поверхностные обработки ведут к резкому уменьшению элементов питания с глубиной, что обусловливает неодинаковое формирование корневой системы на различных вариантах опыта.

Конкурентами культурных растений по отношению к влаге являются сорные растения. В наших исследованиях за 2006-2008 гг. число сорных растений в посевах ячменя перед обработкой гербицидами составило на вариантах со вспашкой 18 шт./м2, на вариантах с поверхностной обработкой оно повышалось в 3,4-3,8 раза, а на варианте без основной обработки - в 11,1 раза. Под влиянием гербицидов на вариантах со вспашкой засоренность посевов снижалась в 3 раза, а на вариантах с поверхностной обработкой - в 6,07-9,62 раза.

Изменение водно-физических свойств почвы, засоренности посевов на вариантах с основной обработкой оказало влияние на урожайность зерна (табл. 2). Учет урожая ячменя и яровой пшеницы свидетельствует, что без применения удобрений и средств защиты наибольший урожай получен на варианте со вспашкой. При внесении удобрений и гербицидов урожайность зерновых культур по вспашке и поверхностным обработкам выравнивалась.

Таблица 2 - Влияние основной обработки и средств химизации на урожайность зерновых культур, (средняя за 2006-2008 гг.), т/га

Факторы

Ячмень

Яровая

пшеница

Среднее по двум культурам

А (обработка почвы)

В (удобрения)

С (средства защиты)

Вспашка
20-22 см

Контроль

Контроль

2,82

2,12

2,47

Комплекс

2,87

2,24

2,55

Удобрения

Контроль

4,61

3,87

4,24

Комплекс

5,35

4,70

5,02

Дискатор
8-10 см

Контроль

Контроль

1,80

1,82

1,81

Комплекс

2,74

2,05

2,39

Удобрения

Контроль

3,01

3,02

3,01

Комплекс

5,35

4,47

4,91

БДТ-7А
8-10 см

Контроль

Контроль

1,88

1,68

1,78

Комплекс

2,54

2,04

2,29

Удобрения

Контроль

2,88

2,95

2,91

Комплекс

5,32

4,46

4,89

КПЭ-3,8А
8-10 см

Контроль

Контроль

1,85

1,65

1,75

Комплекс

2,49

1,87

2,18

Удобрения

Контроль

2,87

2,86

2,86

Комплекс

5,39

4,58

4,98

Без основной обработки

Контроль

Контроль

1,20

0,74

0,97

Комплекс

1,55

1,00

1,27

Удобрения

Контроль

1,66

1,10

1,38

Комплекс

2,42

1,32

1,87

НСР05 частных различий

0,23

0,52

НСР05 А

0,12

0,26

НСР05 В

0,07

0,17

НСР05 С

0,07

0,17

Основная обработка в севооборотах с чистым паром и многолетними травами

Проведенный анализ свидетельствует, что поверхностные обработки не могут являться системами обработки почвы в севооборотах. Они применимы как приемы основной обработки под отдельные культуры в сочетании с отвальными или безотвальными обработками. С учетом этого нами проведены исследования по изучению систем обработки почвы в двух наиболее распространенных севооборотах зоны. В слое 0-20 см плотность почвы хотя и менялась по вариантам опыта, но находилась в интервале, оптимальном для развития растений. Заметные изменения плотности почвы происходят в слое 20-30 см.

В севообороте с чистым паром в слое 20-25 см на вариантах с плоскорезной, безотвальной и поверхностной обработками плотность повышалась до 1,24-1,28 г/см3 (рис. 1), что является критическим показателем для культурных растений.

Рис. 1 - Влияние систем основной обработки на плотность почвы в севообороте с чистым паром в слое 20-25 см (первая декада мая). Обработка почвы: 1 - отвальная; 2 - плоскорезная; 3 - комбинированная; 4 - безотвальная; 5 - поверхностная.

В севообороте с многолетними травами плотность почвы менялась по вариантам опыта меньше, что связано с интенсивным развитием их корневой системы и разуплотнением слоя 20-30 см.

Изменение плотности почвы оказало влияние на ее водопроницаемость. Более высокая скорость впитывания в слое 0-10 см отмечалась по поверхностным и безотвальным обработкам.

В слое 10-20 и особенно 20-30 см наибольшая скорость впитывания отмечалась по комбинированной обработке и вспашке, а наименьшая - на варианте, где проводилась поверхностная обработка, что связано с повышением плотности нижней части пахотного слоя.

В среднем по опыту ранневесенние запасы влаги на варианте с комбинированной обработкой по сравнению с поверхностной увеличивались от 17 до 21 мм. Выявлено, что запасы влаги более эффективно использовались в севообороте с чистым паром на вариантах с комбинированной обработкой почвы (рис. 2). Расход влаги на единицу урожая был наименьшим на этих же вариантах.

Рис. 2 - Влияние севооборота и систем основной обработки на водопотребление посевов яровой пшеницы, среднее за 1994-1996 гг. Обработка почвы: 1 - отвальная; 2 - плоскорезная;
3 - комбинированная; 4 - безотвальная; 5 - поверхностная

Растительные остатки изменяют водные свойства почвы, являются незаменимым источником воспроизводства органического вещества, средством снижения плотности почвы. В севообороте с многолетними травами произошло достоверное увеличение массы корневой системы. Применение поверхностной обработки почвы в течение пяти лет вело к уменьшению массы корней в метровом слое почвы. На вариантах с комбинированной и отвальной вспашкой, наоборот, произошло ее увеличение. Кроме того, применение поверхностной обработки способствовало дифференциации массы корней в метровом слое почвы. Основная часть корневой системы стала располагаться в верхних слоях почвы. Под влиянием комбинированной обработки и вспашки произошло более равномерное развитие корневой системы в метровом слое почвы. В севообороте с многолетними травами влияние систем основной обработки почвы на развитие корневой системы было менее значительным.

Характер развития корневой системы связан с пищевым режимом почвы. На вариантах с поверхностной обработкой содержание подвижного азота в верхней части пахотного слоя повышалось по сравнению с вариантами со вспашкой. В слое 10-20 и 20-30 см, наоборот, более высокие запасы азота отмечены на вариантах с отвальной вспашкой и комбинированными обработками. Интенсивная обработка почвы, обеспечивающая глубокое размещение удобрений, растительных остатков, способствовала интенсификации микробиологических процессов в более глубоких слоях почвы, что сказалось на формировании корневой системы растений и поглощении ими влаги.

Изменение условий роста и развития растений в изучаемых севооборотах сказалось на величине урожая (табл. 3).

В целом по опыту севооборот с многолетними травами в сумме за ротацию обеспечил увеличение зерновой продуктивности на на 20,1 % в сравнении с севооборотом с чистым паром. Удобрения способствовали увеличению сбора зерновых единиц за ротацию севооборота на 8,65 т/га.

В севообороте с чистым паром в посевах вико-овсяной смеси и проса способы основной обработки оказались равноценными. Снижение урожайности по поверхностной, безотвальной и плоскорезной обработкам началось на четвертый год - с озимой пшеницы. В посевах кукурузы и яровой пшеницы наиболее эффективными оказались комбинированная и отвальная обработки.

В севообороте с многолетними травами разница в урожае по всем системам основной обработки почвы в течение четырех лет недостоверна. При возделывании пятой культуры севооборота - кукурузы более эффективной оказалась комбинированная обработка, на втором месте была отвальная обработка. Аналогичная закономерность отмечена и в посевах яровой пшеницы.

влажность выщелоченный чернозем сельскохозяйственный

Таблица 3 - Влияние приемов основной обработки на урожайность сельскохозяйственных культура, зерновые единицы

Факторы

Урожайность культур севооборота,
среднее за 3 года

А

В

С

1

2

3

4

5

6

Севооборот с чистым паром

Отвальная

Контроль

3,49

2,50

-

3,72

24,83

3,32

Удобрения

4,25

3,50

-

4,90

37,58

4,34

Плоскорезная

Контроль

3,53

2,40

-

3,77

22,96

3,21

Удобрения

4,35

2,96

-

4,97

34,61

3,78

Комбинированная

Контроль

3,54

2,69

-

3,74

26,49

3,64

Удобрения

4,26

3,71

-

4,98

40,74

4,66

Безотвальная

Контроль

3,29

2,42

-

3,65

21,29

3,13

Удобрения

4,41

3,01

-

4,78

31,98

3,64

Поверхностная

Контроль

3,54

2,30

-

3,51

21,81

3,05

Удобрения

4,42

2,96

-

4,51

32,96

3,52

Севооборот с люцерной

Отвальная

Контроль

3,47

5,11

3,75

3,71

27,99

3,37

Удобрения

4,31

6,11

4,71

4,85

42,67

4,33

Плоскорезная

Контроль

3,51

4,96

3,97

3,65

27,18

3,21

Удобрения

4,43

5,31

4,77

4,85

41,39

3,69

Комбинированная

Контроль

3,51

5,23

3,92

3,70

27,97

3,50

Удобрения

4,34

6,21

4,71

4,85

43,17

4,48

Безотвальная

Контроль

3,52

4,87

4,04

3,68

27,37

3,18

Удобрения

4,20

5,33

4,77

4,83

41,38

3,64

Поверхностная

Контроль

3,47

4,80

4,04

3,72

25,78

3,06

Удобрения

4,35

5,17

4,45

4,82

40,84

3,61

Влияние длительного применения органоминеральных удобрений
на влагообеспеченность сельскохозяйственных растений

Перспективным направлением регулирования обеспеченности растений влагой является систематическое внесение удобрений, которые повышают эффективность поглощаемой влаги и позволяют экономно ее расходовать. Исследования свидетельствуют, что эффективность использования почвенной влаги менялась в зависимости от уровня минерального питания (табл. 4). В среднем за три года на варианте без удобрений растения использовали 64 мм влаги, а на делянках, где минеральные удобрения вносились с 1973 г., - в 2,5 раза больше - 135 мм. При этом ее поглощение в слое 0-50 см на варианте с внесением удобрений и без них было практически одинаковым.
В слое 50-100 см на удобренном варианте влаги было использовано в два раза больше. Кроме того, в слое 100-200 см на удобренном фоне растения дополнительно использовали 29 мм влаги.

Таблица 4 - Влияние минеральных удобрений на запасы влаги в слое почвы 0-300 см, (1992-1994 гг.), мм

Фон

Слой почвы, см

Май

Июль

Разница

Без удобрений

0-50

138

101

-37

50-100

183

149

-34

100-150

187

187

0

150-200

259

259

0

200-250

306

308

+2

250-300

307

312

+5

N120P120K120*

0-50

143

100

-43

50-100

182

118

-64

100-150

188

163

-25

150-200

258

254

-4

200-250

310

310

0

250-300

311

312

+1

*Удобрения ежегодно вносились с 1973 г.

Расход влаги из почвы посевами озимой ржи за 1966-1987 гг. составлял на контроле 50,4 мм, при систематическом внесении минеральных удобрений - 64,8 мм, навоза - 68,1 и органоминеральных удобрений - 68,7 мм. Растениями озимой ржи за 1964-1988 гг. из почвы было использовано на варианте без удобрений 33,9 %, при внесении полного минерального удобрения - 39,7; навоза - 37,5 и органоминеральных удобрений - 40,6 % от всей использованной влаги. Степень сопряженности между урожаем озимой ржи и количеством поглощенной из почвы влаги была довольно тесной.

Эффективное использование почвенной влаги связано с особенностями развития корневой системы растений и различным уровнем минерального питания. Более равномерное распределение корневой массы связано с содержанием в почвенном профиле подвижных форм азота.

Влияние севооборота и минеральных удобрений
на влагообеспеченность полевых культур в севообороте

Эффективность использования почвенной влаги в зависимости от уровня минерального питания изучалась нами в двух зернотравяно-паропропашных севооборотах. В наших исследованиях среднегодовая урожайность севооборота с люцерной в целом по опыту была выше на 0,13 т/га, или на 4,8 %, по сравнению с севооборотом с кострецом (табл. 5).

Таблица 5 - Урожайность зерна в севообороте в среднем по двум закладкам, (1996-2004 гг.), т/га

Факторы

Продуктивность севооборота

А

В

С

за ротацию

за год

Севооборот с люцерной

Повышенный

Контроль

16,53

2,36

P300K330

18,34

2,62

N210P300K330

19,82

2,83

N375P300K330

21,06

3,01

N540P300K330

20,76

2,97

Высокий

Контроль

16,51

2,36

P300K330

19,37

2,77

N210P300K330

20,92

2,99

N375P300K330

21,54

3,08

N540P300K330

21,77

3,11

Севооборот с кострецом

Повышенный

Контроль

15,71

2,24

P300K330

17,39

2,48

N210P300K330

19,19

2,74

N375P300K330

19,97

2,85

N540P300K330

20,42

2,92

Высокий

Контроль

15,70

2,24

P300K330

18,11

2,59

N210P300K330

19,92

2,85

N375P300K330

20,30

2,90

N540P300K330

20,64

2,95

Внесение фосфорно-калийных удобрений обеспечило получение дополнительного урожая зерна в целом по опыту 0,31 т/га (13,5 %), в севообороте с люцерной - 0,26-0,41 т/га, а в севообороте с кострецом - 0,24-0,35 т/га. Внесение низких доз удобрений обеспечило в среднем по опыту получение дополнительно 0,55 т/га (23,9 %), средних - 0,66 (28,7 %) и высоких - 0,68 т/га (29,6 %). Урожайность севооборотов на высоком агрохимическом фоне увеличивалась относительно повышенного агрохимического фона в целом по опыту на 0,08 т/га, или на 3 %. В севообороте с люцерной наибольший урожай получен при внесении средних доз минеральных удобрений, а с кострецом - высоких.

Изучаемые приемы регулирования влагообеспеченности оказали положительное влияние на качество получаемого зерна. Лучшие показатели качества отмечены на вариантах с внесением полного минерального удобрения (табл. 6).

Формирование урожая и качества зерна пшеницы связано с режимом влажности почвы и особенностями водопотребления культуры на разных вариантах опыта. Наблюдения за динамикой содержания доступной влаги под посевами яровой пшеницы в слое 0-100 см проводились в 1997-2005 гг. Более полное использование почвенной влаги особенно отчетливо проявляется в годы с недостаточным выпадением атмосферных осадков. В условиях сильной атмосферной засухи 1998 г., когда урожайность яровой пшеницы была самой низкой за период наблюдений (на контроле 0,91-1,16 т/га), в варианте без внесения удобрений в метровом слое почвы остались неиспользованными 54 мм доступной влаги, основная доля которой (43 мм) находилась в слое 50-100 см. В вариантах с внесением полного минерального удобрения посевы яровой пшеницы иссушили верхний полуметровый слой почвы, а в слое 50-100 см доступной влаги осталось 28 мм.

Аналогичные условия водного режима почвы складывались и в 1999 г., когда в удобренных вариантах запасы доступной влаги в метровом слое были полностью использованы агроценозами яровой пшеницы, а в неудобренных вариантах оставались неиспользованными более 30 мм доступной влаги. В условиях 2000 г. в варианте без удобрений посевы яровой пшеницы активно использовали почвенную влагу в основном только из слоя 0-50 см. В более глубоких слоях запасы доступной влаги были значительными и оставались неизменными в течение всего периода наблюдений. В варианте с внесением полного минерального удобрения посевы яровой пшеницы использовали почвенную влагу и из слоя 50-100 см.

Таблица 6 - Влияние изучаемых факторов на качество зерна яровой пшеницы и сои, %

Факторы

Яровая пшеница,
1997-2004 гг.

Соя,
1998-2001 гг.

А

В

С

протеин

клейковина

протеин

жир

Севооборот с люцерной

Повышенный

Контроль

11,34

25,06

34,96

19,80

PK

11,58

26,34

34,99

19,69

N1 + PK

12,02

27,55

36,65

19,40

N2 + PK

12,33

28,12

35,95

19,48

N3 + PK

12,44

27,91

36,99

19,39

Высокий

Контроль

11,25

25,06

34,96

19,80

PK

12,15

26,38

35,58

19,57

N1 + PK

12,29

28,06

37,14

19,35

N2 + PK

12,48

28,33

37,18

19,38

N3 + PK

12,74

28,09

37,45

19,18

Севооборот с кострецом

Повышенный

Контроль

11,31

27,52

35,30

19,82

PK

11,60

25,36

35,76

19,87

N1 + PK

11,89

25,89

36,33

19,61

N2 + PK

12,13

26,90

36,71

19,57

N3 + PK

12,31

26,58

37,46

19,80

Высокий

Контроль

11,35

24,19

35,80

19,82

PK

11,55

25,86

36,09

19,80

N1 + PK

12,09

26,33

36,71

19,46

N2 + PK

12,47

27,30

36,87

19,65

N3 + PK

12,59

27,65

37,85

19,24

НСР05 частных различий

0,46

2,63

5,03

0,78

НСР05 А

0,04

0,83

1,59

0,25

НСР05 В

0,14

0,83

1,59

0,25

НСР05 С

0,23

1,31

2,52

0,39

Расход влаги на образование 1 т зерна менялся в зависимости от складывающихся погодных условий (рис. 3). Минеральные удобрения оказали существенное влияние на водопотребление растений. В среднем за 8 лет расход влаги на образование 1 т зерна яровой пшеницы составил на контроле 74,5 мм, при внесении минеральных удобрений - 55,6 мм, или на 34 % меньше.

Рис. 3 - Влияние минеральных удобрений на расход влаги на 1 т зерна яровой пшеницы, мм

Данные водопотребления сои свидетельствуют, что при внесении минеральных удобрений расход влаги на единицу урожая в среднем за 4 года снизился на 24,5 % по сравнению с неудобренным фоном (рис. 4).

Рис. 4 - Влияние минеральных удобрений на расход влаги на 1 т зерна сои, мм

Поглощение влаги яровой пшеницей и соей связано с особенностями формирования корневой системы в зависимости от агротехнических приемов. Более эффективное ее использование при внесении минеральных удобрений связано с увеличением массы корневой системы на этих вариантах (табл. 7). В целом по опыту среднегодовое увеличение массы корней в севообороте с люцерной составило 0,11 т/га по сравнению с севооборотом с люцерной. Под влиянием фосфорно-калийных удобрений масса корней увеличивалась на 0,26 т/га по сравнению с неудобренным фоном, а при внесении полного минерального удобрения - на 0,48-0,60 т/га.

Таблица 7 - Влияние севооборота и минеральных удобрений на массу корней за ротацию севооборота, (в среднем по двум закладкам), т/га

Факторы

Масса корней

А

В

С

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены