Главная Коллекция "Revolution" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья

Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья

Состояние плодородия почвы и продуктивности пашни Самарской области с 1964 по 2010 годы и её динамика на основе мониторинга тестовых полигонов. Технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 01.05.2018
Размер файла 79,0 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 учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья

Специальность 06.01.01- общее земледелие, растениеводство

Обущенко Сергей Владимирович

Самара-2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении "Станция агрохимической службы "Самарская"

Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук, профессор

академик РАСХН Чекмарев Петр Александрович

Официальные оппоненты: Морозов Владимир Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия имени П.А. Столыпина, профессор кафедры земледелия

Дубачинская Нина Никаноровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Оренбургский государственный аграрный университет, профессор кафедры управления технологическими процессами в АПК.

Хадеев Тахир Галимзянович

доктор сельскохозяйственных наук, руководитель филиала ФГБУ «Российский сельскохозяйственный центр по Республике Татарстан», г. Казань.

Ведущая организация ГНУ "Ульяновский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии

Защита состоится 25 февраля 2014 г. в 1000 час.

на заседании диссертационного совета ДМ220.058.01

ФГБОУ ВПО Самарская государственная сельскохозяйственная

академия по адресу: 446442, Самарская область, г.о. Кинель,

п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ

ВПО "Самарская государственная сельскохозяйственная академия"

Автореферат разослан " " _________ 2013 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета - Марковская Галина Кусаиновна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одной из особенностей современного земледелия является усиление негативного антропогенного влияния на почву, связанного с нерациональным использованием пашни, сокращением применения органических и минеральных удобрений, интенсивными механическими обработками почвы. В этих условиях отмечается усиление процессов эрозии, некомпенсируемой минерализации гумуса, ухудшение агрохимических и агрофизических свойств почвы, нарушается баланс питательных веществ.

Особое значение приобретают энергосберегающие технологии в сочетании с биологическими методами воспроизводства почвенного плодородия: использование на удобрение зелёной массы сидеральных культур, соломы зерновых культур, увеличение посевов зернобобовых культур и многолетних трав.

Работа выполнена в соответствии с государственной программой "Плодородие", проводимой под руководством Министерства сельского хозяйства Российской Федерации.

Исследования выполнялись по теме: «Разработка системы адаптивного растениеводства на основе проведения многолетних исследований и мониторинга плодородия почв черноземной степи Среднего Заволжья» (04.66.01.01), а также по теме «Разработка эффективных низкозатратных технологий возделывания зерновых культур, обеспечивающих эффективное использование природных, биологических и техногенных ресурсов, воспроизводство почвенного плодородия, высокую рентабельность, получение высококачественной продукции» (04.02.04.01).

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка системы мер по воспроизводству почвенного плодородия с использованием различных биологических приёмов и изучение особенностей формирования проектных урожаев сельскохозяйственных культур на разных по интенсивности использования пашни агрофонах.

При проведении исследований предусматривалось решить следующие задачи:

- оценить состояние плодородия почвы и продуктивности пашни Самарской области за период с 1964 по 2010 годы и её динамику на основе мониторинга тестовых полигонов и реперных участков плодородия земель сельскохозяйственного назначения;

- изучить особенности роста и развития сельскохозяйственных культур, пищевого режима в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования пашни, определить потенциальную продуктивность и качество продукции зерновых культур;

- разработать биологизированные системы воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья с разной специализацией;

- выявить особенности формирования основных элементов почвенного плодородия и предложить оптимальные варианты строения пахотного слоя в полевых севооборотах с разными технологическими комплексами возделывания сельскохозяйственных культур;

- установить степень окупаемости затрат, экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур на разных агрофонах и в технологиях, обеспечивающих воспроизводство почвенного плодородия;

- предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);

- предложить комплекс приёмов воспроизводства почвенного плодородия в современных ресурсоэкономных технологических комплексах нового поколения.

Комплексное применение в системах земледелия биологических средств воспроизводства почвенного плодородия в сочетании с эффективными способами использования минеральных удобрений и энергосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур позволит повысить продуктивность полевых севооборотов на 45-50%, обеспечить экономию удобрений на 25-30% и других материально-технических ресурсов, сохранить и повысить почвенное плодородие по сравнению с традиционными способами использования пашни.

Научная новизна работы. Проведён агроэкологический мониторинг состояния почвенного плодородия земель в разных природных зонах Самарской области. Изучена динамика почвенного плодородия в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования минеральных удобрений в сочетании с биологическими средствами воспроизводства почвенного плодородия, направленными на увеличение содержания органического вещества в почве (солома, сидераты, посевы многолетних трав). Разработана концепция управления воспроизводством почвенного плодородия в полевых севооборотах степных районов Среднего Заволжья.

Основные положения, выносимые на защиту:

- длительное сельскохозяйственное использование земель при ограниченном применении минеральных и органических удобрений приводит к снижению содержания гумуса, ухудшению агрохимических, водно-физических и других свойств почвы, уменьшается урожайность сельскохозяйственных культур;

- научное обоснование систем воспроизводства плодородия почв в полевых севооборотах разного сельскохозяйственного назначения;

- оптимальные уровни насыщения удобрениями зернопарового, сидерального и зернотравяного севооборотов, обеспечивающие максимальную реализацию почвенных ресурсов и стабилизацию плодородия чернозёмных почв Среднего Заволжья;

- разработка приемов воспроизводства почвенного плодородия в современных энергоэкономных технологических комплексах возделывания сельскохозяйственных культур;

- влияние новых высокоурожайных сортов и технологий их возделывания на степень использования питательных веществ удобрений и почвенно-климатических ресурсов региона;

- биоэнергетическая эффективность севооборотов различного сельскохозяйственного назначения;

- агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия чернозёмов Среднего Заволжья при комплексном использовании средств интенсификации и биологизации земледелия.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование полученных результатов позволит:

- реализовать принципиально новые комплексные меры сохранения и расширенного воспроизводства почвенного плодородия при переходе на современные методы ведения растениеводства;

- предложить на основе мониторинга плодородия земель микрозональное районирование приёмов воспроизводства почвенного плодородия на примере Самарской области;

- прогнозировать интенсивность почвенных процессов и направленно регулировать продуктивность культур с учётом экономической целесообразности и ресурсной обеспеченности хозяйств;

- предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);

- предложить комплекс приёмов воспроизводства почвенного плодородия в современных ресурсоэкономных технологических комплексах нового поколения.

Производственная проверка результатов исследований проводилась в СПК "Дружба" Кошкинского района на площади 13,5 тыс.га с экономическим эффектом 16,9 млн.руб. и ООО АФК "Культура" Безенчукского района Самарской области на площади 1771 га, при рентабельности производства зерна 17%.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных научно-практических конференциях ВНИИПТИХИМ, ВИУА, региональной конференции Самарского НИИСХ в связи со 100-летием и 110-летием его основания, на заседании круглого стола в Самарской Губернской Думе (2009 г.), научно-технических советах Министерств сельского хозяйства РФ и Самарской области, международной научно-практической конференции "Землям сельскохозяйственного назначения - рациональное использование", Самара, 2012 г..

Опубликовано 42 научных статьи, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК - 16 статей.

Структура и объём диссертации. Состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству. Работа выполнена на 332 стр. компьютерного текста, содержит 107 таблиц, 31 рисунок. Список использованной литературы включает 294 наименования, из них 12 -иностранных авторов.

Содержание работы

Условия и методика проведения исследований. Центральная и южная степная зоны Среднего Заволжья характеризуются континентальным климатом с резкими колебаниями температур от зимы к лету (от -40 єС зимой до +35 - 37 єС летом) с суммой суточных температур более 10 єС - 2600-2700 єС. и ГТК вегетационного периода 0,6-0,8.

В центральной зоне выпадает 350-400 мм осадков, в южной - 270-300 мм.

Исследования по обоснованию систем воспроизводства почвенного плодородия в севооборотах с разным уровнем интенсивности использования пашни (глава 4, раздел 4.1, 4.2 и 4.3.), влиянию севооборотов с разными технологическими комплексами на плодородие, продуктивность и экономическую эффективность (глава 5, разделы 5.1. и 5.2.), ресурсного потенциала новых сортов (глава 6), проводились на полях отдела земледелия и новых технологий Самарского НИИСХ.

Почва опытного участка - чернозём обыкновенный среднесуглинистый, переходный к южному с содержанием гумуса в пахотном слое - 3,94-4,08 %, гидролизуемого азота - 8,92-9,27 мг/100 г почвы, подвижного фосфора 4-16 и обменного калия - 28 мг на 100 г почвы.

Погодные условия в годы исследований (1996-2009гг.) отмечались большим разнообразием по температурному режиму и осадкам.

Повышенная температура воздуха в период вегетации отмечена в мае 2005, 2006, 2007, 2008 года.

Недобор осадков против многолетней нормы наблюдался в 1998, 2001, 2005, 2007 и 2008 годах.

Опыты проводились в трёх короткоротационных севооборотах развёрнутых во времени и в пространстве.

Чередование культур в севооборотах:

- в зернопаровом: пар чистый - озимая пшеница - яровая пшеница - ячмень;

- в зернопаропропашном (сидеральном): пар сидеральный - яровая пшеница - кукуруза - яровая пшеница;

- в зернотравяном: многолетние травы первого года пользования - многолетние травы второго года пользования - яровая пшеница - ячмень с подсевом многолетних бобовых трав (люцерна, эспарцет).

Исследования проводятся при четырёх уровнях интенсивности использования пашни:

- контроль (без удобрений и химических средств защиты растений);

- минимальный (солома злаковых на удобрение, рядковое удобрение - Р10-15; прикорневая подкормка озимых - N30); средства защиты растений - при достижении экономического порога вредоносности;

- средний общепринятый (дозы удобрений с учётом возмещения выноса питательных веществ удобрений фактически получаемым урожаем, использование соломы на удобрение, средств защиты растений - при достижении экономического порога вредоносности);

- интенсивный (дозы минеральных удобрений под урожай на уровне биоклиматического потенциала продуктивности пашни + солома на удобрение + припосевное рядковое удобрение + прикорневые подкормки N30+СЗР при достижении экономического порога вредоносности);

Площадь делянок - 720 м2, повторность - трёхкратная, размещение делянок - последовательное.

Исследования по разделу "Влияние строения пахотного слоя, формируемыми разными системами обработки почвы на продуктивность полевых севооборотов и основные элементы почвенного плодородия" проводились в севообороте: пар чёрный - озимая пшеница - яровая пшеница - просо - яровая пшеница - яровая пшеница.

В технологических комплексах изучались следующие системы обработки почвы: 1. Вспашка на 25-27 см. по все культуры, 2. дифференцированная обработка 1 (вспашка в черном пару на 25-27 см, под яровые зерновые - минимальная обработка на 10-12 см), 3. Дифференцированная 2 (вспашка в черном пару на 25-27 см, яровые без осенней обработки), дифференцированная 4 (рыхление чизелем ПЧ-4,5 на 30-32 см в пару, под яровые зерновые - минимальная обработка на 10-12 см); Дифференцированная 5 (рыхление чизелем ПЧ-4,5 на 30-32 см, под яровые зерновые минимальная обработка на 10-12 см, постоянная минимальная обработка почвы комбинированным почвообрабатывающим агрегатом на 10-12 см под все культуры, без осенней обработки под все культуры).

Посевы сельскохозяйственных культур в севообороте проводились на фоне ежегодного применения минеральных удобрений в дозах N40Р40К40. В качестве органических удобрений использовалась измельчённая солома озимой и яровой пшеницы.

Динамика агрохимических показателей почвенного плодородия в разных ресурсосберегающих технологических комплексах изучалась в семипольном зернопаровом севообороте с чередованием культур: пар чёрный - озимая пшеница - просо - яровая пшеница - горох+овес (сидераты) - яровая пшеница - ячмень.

Исследования проводились в трех полях севооборота - черный пар, горох+овес (сидераты), ячмень (заключительное поле) в 4-х технологических комплексах: Традиционный с постоянной вспашкой на 20-22 см под все культуры (контроль); ресурсосберегающий с дифференцированной обработкой почвы под яровые зерновые на 10-12 см, безотвальным рыхлением в чистом пару и под посевы сидератов на 25-27 см; ресурсосберегающий с минимальной обработкой почвы на 10-12 см под все культуры севооборота; ресурсосберегающий с дифференцированной обработкой: безотвальным рыхлением на 25-27 см под горохо-овсяную смесь и без осенней обработки под яровые зерновые культуры.

В опытах проводили следующие анализы, наблюдения и учёты:

- фенологические наблюдения - согласно Методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985);

- влажность почвы термостатно-весовым методом, ГОСТ 282687-89;

- минеральный азот (нитратный азот - ионометрическим методом в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26951-86, аммонийный азот - определение обменного аммония в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26489-85);

- подвижный фосфор (по методу Чирикова, ГОСТ 26204-91, по методу Мачигина, ГОСТ 26205-91);

- обменный калий (по методу Чирикова, ГОСТ 26204-91, по методу Мачигина, ГОСТ 26205-91);

- гумус в % (по методу Тюрина, ГОСТ 26213-91);

- определение гидролитической кислотности (по методу Каппена в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26212-91);

- определение рН (солевая - по методу ЦИНАО, ГОСТ 26483-85);

- определение обменного кальция и магния (комплексонометрический метод, ГОСТ 26485-85);

- вынос питательных веществ - расчётным путём на основе данных по химическому составу и урожаю основной и побочной продукции;

- структура урожая - по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985);

- определение количества и качества клейковины, ГОСТ 27839-88;

- физические характеристики теста, ГОСТ Р 51415-99; ГОСТ Р 51404-99;

- пробная лабораторная выпечка хлеба, ГОСТ 27669-88;

- учёт урожая - методом сплошной уборки учётной площади делянки прямым комбайнированием "Сампо-500";

- экономическая эффективность изучаемых агроприёмов - в соответствии с «Рекомендациями по определению экономической эффективности использования научных разработок в земледелии», 1998;

- биоэнергетическая эффективность рассчитывалась в соответствии с методикой В.М. Володина по оценке эффективности систем земледелия на биоэнергетической основе;

- статистическая обработка результатов исследований проведена по Доспехову (1985).

Технология проведения полевых работ. Основная обработка почвы под озимые и яровые зерновые культуры проводилась согласно схемам опыта. ).

3. Динамика плодородия почв Самарской области

По данным станции агрохимической службы "Самарская" площади очень слабогумусированной пашни с 1987 года увеличились на 98,7-123,6 тыс.га. Площади слабогумусированной пашни возросли с 545,6 тыс. га (19,3%) до 1117,5-1132 тыс. га (39,4-40,0%). Сократились площади пашни со среднегумусным и высокогумусным содержанием. В среднем за период с 1993 по 2010 год площади очень слабо- и слабогумусированной пашни с содержанием гумуса от 2 до 4% возросли на 600 тыс. га. Средневзвешенное содержание гумуса на обследованных площадях снизилось с 5,40 в 1987 году до 4,22% (на 29%) в 2010 году.

За период с 1986 года для создания бездефицитного баланса гумуса доза внесения органических удобрений колеблется от 3,2 т/га до 5,1 т/га ежегодно. Фактически за этот период на 1 га пашни вносилось всего 0,1-0,3 т/га.

Обеспеченность почв подвижными фосфатами и баланс фосфора в пахотных почвах.

Площади с низким и очень низким содержанием подвижного фосфора в почве за период 1969-1985 гг. составили 33,1-34,2%.

Повышение культуры земледелия, увеличение производства и применения удобрений в период с 1986 по 1991 гг. позволило уменьшить удельный вес малопродуктивных земель к VI циклу обследования до 15,7-17,0%.

Довольно стабильными в годы наблюдений оставались площади пашни со средним и повышенным содержанием Р2О5 (от 51,9% в 1964-1968 гг. до 58,2% в 1986-1991 гг.).

Почвы с высоким и очень высоким содержанием подвижных фосфатов составили 15 %.

Изменение содержания обменного калия и его баланс в пахотных почвах области. Средневзвешенное содержание обменного калия в почве по результатам шестого тура обследований установлено на уровне 136 мг/кг (V группа обеспеченности по Чирикову) и 450 мг/кг (V группа обеспеченности по Мачигину).

Площади почв с высокой обеспеченностью калием составляли 61,1% от обследованной, со средней и повышенной - 37,6%.

Баланс питательных веществ в пахотных почвах Самарской области. Согласно полученным данным близким к уравновешенному был баланс азота, фосфора и калия в период 1986-1989 гг. При общем выносе питательных веществ 269,9-325,2 тыс.т д.в. внесение удобрений в те годы составило 284,1-311,4 тыс.т д.в., в том числе: азота - 115,4-138,3 тыс.т д.в., фосфатов - 95,6-96,4 и калия - 72,8-76,7 тыс.т д.в.

4. Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах при разных уровнях интенсивности использования пашни

В исследованиях получены нормативы изменения гумусового состояния почв и нормы реакции сельскохозяйственных культур на факторы интенсификации в севооборотах с различным составом культур, использованием сидератов, многолетних трав и применением удобрений.

4.1. Эффективность техногенных средств

воспроизводства почвенного плодородия в зернопаровом севообороте

Урожайность сельскохозяйственных культур. В зернопаровом севообороте наиболее продуктивна озимая пшеница. В благоприятные для роста и развития растений годы (1999-2002 гг.) урожайность по вариантам опыта составила 28,2-42,4 ц/га, а в неблагоприятные (2006-2008 гг.) - 14,4-26,4 ц/га (табл. 1).

1. Влияние минеральных удобрений на урожай культур зернопарового севооборота в т/га среднее за 1999-2008 гг.

плодородие почва пашня биологический

Уровни интенсивности использования пашни

Культуры

Озимая пшеница

Яровая пшеница

Ячмень

Без удобрений

2,72

1,56

2,0

Минимальный

2,97

1,71

2,27

Средний

3,14

1,87

2,78

Интенсивные

3,16

1,86

2,97

НСР, 0,5 т/га

0,11-0,37

0,06-0,19

0,15-0,34

Применение удобрений позволило уменьшить зависимость урожаев культуры от погодных условий. Прибавки урожаев озимой пшеницы от применения средних (обещпринятых доз) удобрений в годы исследований составили 4,2 ц/га (15,4 %).

В среднем за годы исследований урожай зерна без удобрений составил 15,6 ц/га, в благоприятные по погодным условиям годы (2001-2003 гг.) и по удобренному фону - 23,5-29,6 ц/га.

Несмотря на высокое естественное плодородие обыкновенных чернозёмов (урожай на контроле получена на уровне 20,0 ц/га), прибавки урожаев ячменя от удобрений составили в годы исследований от 2,9 до 10,0 ц/га.

Плодородие обыкновенных чернозёмов при систематическом применении удобрений в зернопаровом севообороте. Установлено, что без применения органических удобрений или при недостаточном поступлении в почву биомассы из других источников, содержание гумуса в почве снижалось.

За 12 лет без применения удобрений убыль гумуса составила 12,9 т/га или 1,075 т/га ежегодно. На удобренных делянках сохраняется более высокий уровень гумусированности по всем вариантам опыта. Наиболее высокие показатели отмечены при внесении за ротацию севооборота припосевного, рядкового удобрения (N45Р45), подкормки озимых (N30) и основного удобрения под культуры севооборота (N140Р110К110 и N190Р140К140 ).

За счёт гумификации большего на удобренных делянках количества пожнивно-корневых остатков ежегодные потери гумуса по сравнению с контролем сократились на 225-250 кг/га ежегодно (средний и интенсивный уровни применения удобрений).

Установлено, что в зернопаровом севообороте без удобрений ежегодное естественное восстановление гумуса в годы исследований составило 0,584 т/га.

Влияние минеральных удобрений на содержание гумуса происходит за счёт большего накопления ПКО на удобренных вариантах. За три ротации севооборота поступление органических остатков в почву при внесении удобрений превышало контрольный вариант на 2,8-8,6 т или на 0,2-0,7 т/га ежегодно. При этом восстановление гумуса возросло с 0,584 т/га до 0,619-0,691 т/га.

Коэффициент ежегодной убыли гумуса в проведённых опытах составил от 0,87 % на контрольном варианте до 0,67 % при среднем общепринятом уровне интенсивности использования пашни. Согласно расчётам при содержании в почве 4,11 % гумуса в зернопаровом севообороте равновесный баланс гумуса создаётся при внесении в почву 8-10 т/га навоза ежегодно.

Баланс азота. В наших исследованиях потребление азота из почвы и удобрений зависело, в основном, от культуры, уровня урожаев, доз вносимых удобрений. Коэффициенты использования его из удобрений в зернопаровом севообороте составили: по озимой пшенице - 20,2-26,7 %, яровой пшенице - 21,2-48,7%, ячменю - 32,2-47,3 %. С увеличением доз удобрений коэффициент использования азота снижался на 6,5-27,5 %.

Баланс азота на минимальном агрофоне был отрицательным, на среднем и интенсивном - превышал вынос на 5,6-23,9 %, интенсивность баланса составила по вариантам опыта 91,5-123,9 %.

Баланс фосфора. Наиболее значительные отклонения от естественного агрофона по содержанию в продукции и выносу урожаем фосфора получены при внесении средних и интенсивных доз минеральных удобрений (на 20,7-24,3 кг/га).

Коэффициент использования фосфора из удобрений по культурам севооборота составил: по озимой пшенице - 8,9-18,7 %; яровой пшенице - 9,4-14,7%, ячменю - 22,5-28,7 %. Расчеты этого показателя с учетом последействия (за ротацию севооборота) по культурам составил - 20,7; 13 и 13,1% соответственно.

Баланс калия. Несмотря на хорошую обеспеченность почв калием на обыкновенном чернозёме этот элемент переходит во второй минимум при посеве кукурузы и яровой пшеницы.

Коэффициент использования калия удобрений в опытах был равен 26,2-27,2 (озимая пшеница), 36,0-42,7% (яровая пшеница) и 84,0-85,7% (ячмень). Однако, потребление растениями калия на формирование урожая происходило в основном за счёт запасов почвы (соответственно: 80,6-74,1%; 69,2-85,3%; 51,6-76,4%). В засушливых условиях Заволжья подвижный калий за счёт естественных почвенных процессов не восстанавливается полностью, что приводит к уменьшению его количества в почве.

4.1.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность применения удобрений

Установлена высокая агроэкономическая эффективность использования удобрений в зернопаровом севообороте. При внесении средних доз туков под озимую пшеницу, чистый доход был равен 3799 руб./га, расчётных доз -3442 руб./га. При этом окупаемость дополнительных затрат снизилась с 1,43 до 1,37 руб./руб.

На посевах яровой пшеницы лучшие результаты по продуктивности получены при средних дозах удобрений: урожай зерна - 18,7 ц/га, прирост урожая - 3,1 ц/га. Однако условно-чистый доход и окупаемость дополнительных затрат, наиболее высокими были при минимальном уровне интенсивности использования пашни.

Замыкающий ротацию севооборота ячмень обеспечил наиболее высокие прибавки урожая от удобрений - 7,8-9,7 ц/га. Оплата урожаем каждого килограмма действующего вещества удобрений составила 6,4-6,5 кг/кг. Чистый доход наиболее высоким был при внесении расчётных доз удобрений и составил 4290 руб./га.

Установлено, что по стоимости продукции с 1 га севооборотной площади лучшие результаты получены при максимальных в опыте дозах удобрений - 7619 руб./га. Однако, наибольшая окупаемость дополнительных затрат отмечена при минимальном уровне интенсивности использования пашни - 1,77 руб. на 1 руб. затрат.

На аккумуляцию солнечной энергии культурами севооборота наибольшее влияние оказали максимальные в опытах дозы минеральных удобрений (24,5-42,1 ГДж/га).

Однако по этому варианту зафиксированы наибольшие энергозатраты: от 11,0 ГДж/га по ячменю до 14,0 ГДж/га по озимой пшенице, это привело к снижению коэффициента энергетической эффективности до 2,0-3,5.

Наименьшее количество энергии израсходованной на 1 ц продукции получено при использовании естественных источников энергии (вариант - без удобрений) и на минимальном по уровню интенсивности использования пашни фоне (317-465 МДж/ц).

4.2. Воспроизводство почвенного плодородия в полевом севообороте с сидеральным паром

На посевах яровой пшеницы по сидеральному пару урожайность зерна на контроле получена на уровне 15,8 ц/га (табл. 2). На среднем и интенсивном фонах минерального питания продуктивность культуры достоверно превышала контроль на 4,2-5,1 ц/га (на 26,5-32,2 %).

Вторая после сидерального пара культура - кукуруза, наиболее высокие урожаи (373,5 ц/га) сформировала при внесении удобрений, рассчитанных под урожай на уровне биоклиматического потенциала. Прирост урожая зелёной массы при этом составил 78,4 ц/га (26,5%).

Размещённая по кукурузе яровая пшеница, вследствие высокого выноса элементов питания предшественником, сформировала урожай на 1,2-2,6 ц/га меньше, чем по горохо-овсяной смеси. Прибавки урожаев на среднем и расчётном фонах составили 3,4-4,0 ц/га (23,2-27,9%).

Использование в севообороте сидеральных культур повышало эффективность минеральных удобрений. Прибавки урожаев от удобрений возросли с 0,7-2,6 ц/га (зернопаровой севооборот) до 1,6-3,8 ц/га (зернопаропропашной севооборот с сидеральным паром).

Наибольшая величина оплаты питательных веществ удобрений отмечена при минимальном уровне интенсивности использования пашни - 11,1 кг/кг д.в. удобрений.

2. Влияние минеральных удобрений на урожай культур зернопаро-пропашного севооборота с сидеральным паром в т/га (1999-2008 гг.)

Уровни интенсивности использования пашни

Культуры

Яровая пшеница

Кукуруза

Яровая пшеница

Без удобрений

15,8

3,95

14,6

Минимальный

18,2

3,27

15,8

Средний

20,0

3,56

18,0

Интенсивные

20,9

3,73

18,6

НСР, 0,5 ц/га

0,08-0,28

1,15-6,40

0,09-0,24

4.2.2. Совместное действие удобрений и сидерального пара на баланс гумуса и элементов питания в системе "почва-растение-удобрение"

Баланс гумуса. В наших опытах после завершения третьей ротации севооборота в сравнении с исходным количеством убыль гумуса в почве составила 0,42% или 1,050 т/га ежегодно

Применение минеральных удобрений позволило снизить убыль гумуса за период исследований на 0,075-0,375 т/га ежегодно. В сравнении с зернопаровым севооборотом в сидеральном севообороте потери гумуса за 12 лет снизились на 1,8 т/га или на 0,151 т/га ежегодно.

В целом за ротацию севооборота без удобрений в почву поступило 165,3 т пожнивно-корневых остатков культур изучаемого севооборота и 15,0 т зелёной массы сидератов (горохо-овсяной смеси).

Наибольшее количество органического вещества в почву поступило от запашки горохо-овсяной смеси (ПКО+сидераты) (11,6 т), несколько меньше - после уборки кукурузы. Ежегодное восстановление гумуса в результате гумификации пожнивно-корневых остатков на варианте "без удобрений" составило 0,736 т/га.

На удобренных делянках за 12 лет исследований накопление в почве пожнивно-корневых остатков возросло на 4,5-10,5 т/га. Гумификация дополнительного поступления ПКО в почву позволила увеличить ежегодное восстановление гумуса с 0,736 т/га до 0,902 т/га.

Баланс азота. Вынос азота урожаем по вариантам опыта составил от 162,9 кг/га до 254,2 кг/га (табл. 3) значительно превышая его поступление с удобрениями (45-245 кг/га д.в ). Культурами севооборота потребление азота из почвы составило 62,5-82,0% от выноса, из удобрений - 18,0-37,5%. Интенсивность баланса азота в почве по вариантам опыта была равна 23,7-96,3%. Однако коэффициент использования основного удобрения даже при дефицитном балансе азота был невысоким: на посевах кукурузы - 60,5-65,8%, яровой пшеницы - 23,4-32,0%.

4.2.3. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности сидерального севооборота при разных уровнях интенсивности использования пашни

Наибольший условно-чистый доход от возделывания яровой пшеницы получен на минимальном агротехническом фоне и без удобрений (2560 руб./га при размещении после сидерального пара и 1940 руб./га на делянках без удобрений при посеве после кукурузы). В этих же вариантах определена наибольшая окупаемость затрат на осуществление технологий возделывания.

Особенности весенне-летнего периода вегетации в годы исследований позволили получить высокие для Заволжья урожаи зелёной массы кукурузы - 295-374 ц/га.

3. Влияние культур сидерального севооборота и удобрений на вынос азота, фосфора и калия урожаем, 1999-2008 гг.

Таблица

Культура

Уровень применения удобрений

Урожайность, ц/га

Поступление в урожай, кг/га

Коэффициент использования из удобрений, %

зерно

солома

из почвы

из удобрений

N

Р

К

N

Р

К

N

Р

К

Яровая пшеница

Без удобрений

15,8

19,3

41,4

18,5

33,3

-

-

-

-

-

-

Минимальный

18,2

20,5

9,1

3,1

-

60,7

20,7

-

Средний

20,0

21,7

17,6

7,0

12,1

32,0

15,6

40,3

Интенсивный

20,9

22,4

20,3

8,3

14,1

27,1

15,1

35,2

Кукуруза

Без удобрений

295

-

85,6

35,4

103,2

-

-

-

-

-

-

Минимальный

329

-

10,5

4,4

-

70,0

29,3

-

Средний

356

-

42,8

11,1

25,8

65,8

24,7

86,0

Интенсивный

374

-

51,4

13,6

31,0

60,5

20,9

77,5

Яровая пшеница

Без удобрений

14,6

17,1

35,9

16,2

30,1

-

-

-

-

--

-

Минимальный

15,8

18,5

7,2

2,7

-

48,0

18,0

-

Средний

18,0

21,1

16,1

5,7

15,2

24,8

12,7

50,7

Интенсивный

18,6

22,7

19,9

6,8

19,5

23,4

12,4

48,8

Прибавки урожая от применения удобрений составили в сравнении с контролем 34-79 ц/га и были наибольшими на интенсивном агротехническом фоне. Однако наивысшая окупаемость производственных, материально-технических и финансовых затрат получена на минимальных в опыте агрофонах возделывания сельхозкультур (без удобрений и при внесении минимальных доз удобрений) - 1,3-1,8 руб./руб. затрат.

В целом по севообороту при использовании минимально необходимых доз удобрений стоимость продукции с 1 га пашни возросла на 11,7%. Коэффициент энергетической эффективности за ротацию севооборота составил 3,9-5,1 и был наибольшим при возделывании кукурузы - 6,4-7,8.

4.3. Комплексное влияние биологических и техногенных средств на состояние почвенного плодородия в зернотравяном севообороте

Общий уровень урожаев по севообороту составил: ячменя - 1,17-3,80 т/га, яровой пшеницы - 0,83-2,90 т/га, эспарцета 1-го года пользования 5,5-32,4 т/га, эспарцета 2-го года пользования - 4,9-19,2 т/га (табл.8).

Без внесения удобрений, за счёт использования средств биологизации, урожай ячменя после яровой пшеницы возрос с 2,00 т/га в зернопаровом севообороте - до 2,40 т/га в зернопаропропашном севообороте, яровой пшеницы - с 1,56 до 1,66 т/га (табл. 4).

4. Влияние минеральных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур в зернотравяном севообороте в т/га, в среднем за (1999-2008 гг.)

Уровни интенсивности использования пашни

Культуры

Ячмень + эспарцет

Эспарцет

1 года пользования

Эспарцет

2 года пользования

Яровая пшеница

Без удобрений

2,4

12,79

11,84

1,66

Минимальный

2,63

13,71

12,84

1,78

Средний

2,86

14,72

14,5

1,93

Интенсивные

2,99

15,08

15,1

1,94

НСР, 0,5 т/га

0,12-0,42

0,60-1,70

0,68-4,02

0,06-0,24

Применение минеральных удобрений повысило продуктивность культур севооборота на 7,2-24,6%. Наиболее значимые прибавки урожаев получены на посевах ячменя (19,2-24,6%) при внесении средних и повышенных доз азотно-фосфорно-калийных удобрений. Урожайность яровой пшеницы по этим вариантам составила 1,93-1,94 т/га, прирост от удобрений - 16,3-16,9%.

В результате последействия минеральных удобрений, внесённых под предшественник - ячмень и прикорневых подкормок, урожай эспарцета на удобренных делянках за 10 лет увеличился на 0,92-3,21 т/га зелёной массы.

Яровая пшеница по пласту многолетних трав сформировала более высокие урожаи, чем при посеве после озимой пшеницы в зернопаровом севообороте с чистым паром (1,66-1,94 т/га). Прирост урожаев от внесения удобрений составил от 7,2 до 16,9%.

Прибавки урожаев от удобрений за ротацию севооборота, в благоприятные по погодным условиям годы превысили показатели засушливых 2005-2007 гг. на 3,83-7,32 т/га КЕ (на 0,96-1,83 т/га ежегодно).

Баланс гумуса. После прохождения трёх ротаций севооборота определяли убыль гумуса за период исследований и воспроизводство за счёт пожнивно-корневых остатков, истинную минерализацию гумуса (табл. 5).

Наибольшее количество воздушно-сухого органического вещества заделывалось в почву при распашке многолетних трав - 7,70-8,64 т/га, что в 1,9-2,0 раза больше, чем после наиболее урожайной в зернопаровом севообороте культуры - озимой пшеницы.

Поступление органического вещества в почву оказало положительное влияние на содержание и динамику гумуса в зернотравяном севообороте. В варианте без удобрения убыль гумуса составила 0,650 т/га ежегодно, что на 0,425-0,400 т/га меньше, чем в зернопаровом и сидеральном севооборотах. На интенсивном агрофоне баланс гумуса вплотную приблизился к равновесному состоянию: убыль гумуса составила всего 0,250 т/га. Восполнение гумуса при этом составило 1,079 т/га ежегодно.

5. Баланс гумуса в зернотравяном севообороте, 1996-2008 гг.

Варианты опыта (внесено удобрений за ротацию)

Содержание гумуса, %

Убыль гумуса

Восстановление гумуса за счёт пожнивно-корневых остатков (ПКО) и соломы

Истинная минерализация гумуса, т/га

исход-ное

через 12 лет

%

всего, т/га

ежегод-но, т/га

поступило в почву за 12 лет, т/га

восстановление гумуса

пожнивно-корневых остатков

соломы

за 12 лет, т/га

ежегодно, т/га

за 12 лет

еже-годно

Контроль

(без удобрений)

4,02

3,76

0,26

7,80

0,650

63,36

10,9

11,14

0,928

18,94

1,578

Минимальный фон

(N30Р30 -припосевное

N30Р30 - подкормка)

3,92

3,71

0,21

6,30

0,525

66,42

12,6

11,85

0,988

18,15

1,512

Средний фон

(N30Р30 -припосевное

+N30Р30 - подкормка +N80Р60К60 -основное)

4,01

3,86

0,15

4,50

0,375

70,53

13,6

12,62

1,052

17,12

1,427

Интенсивный фон

(N30Р30- припосевное

+N30Р30 - подкормка +N130Р80К80-основное)

4,31

4,21

0,10

3,00

0,250

72,00

14,3

12,24

1,079

15,24

1,270

6. Баланс и накопление биологического азота в зернотравяном севообороте (1996-2008 гг.)

Внесено на 1 га ежегодно

Основная продукция, ц/га З.Е.

в год

Вынос азота урожаем за ротацию, кг/га

в т.ч. урожаем сена эспарцета, кг/га

Баланс азота ПКО, кг/кг

N общ.

за ротацию

Nф

за ротацию

N почв.

за ротацию

N общ.

ПКО

N ф

ПКО

Без удобрений

22,5

233,6

142,8

100,0

42,8

89,8

62,9

Минимальный уровень

N7,5Р1,5К7,5

24,4

263,7

163,3

114,3

49,0

99,4

69,6

Средний уровень

N23,7Р26,2К22,5

26,6

310,4

183,8

128,7

55,1

108,3

75,8

Интенсивный уровень

N28,7Р30,2К27,5

27,5

326,8

194,1

135,9

58,2

115,3

80,7

Фиксированный растениями атмосферный азот пожнивно-корневых остатков в опыте составил 62,9-80,7 кг/га, обогащение почвы биологическим азотом - 60,3-70,8 кг/га. С учётом симбиотически связанного азота ПКО, интенсивность баланса этого элемента в севообороте составила 22,8-68,3 %.

Баланс фосфора. На естественном по плодородию фоне вынос фосфора урожаями сельскохозяйственных культур был зависимым от их продуктивности и составил за ротацию севооборота 78,5 кг/га.

Коэффициент использования за ротацию севооборота фосфора удобрений был равен - 20,2-22,3%; интенсивность баланса - 68,1-131,6%.

Баланс калия. Вынос калия за ротацию севооборота составил 227,9-321,9 кг/га, в том числе из почвы - 227,9 кг/га, из удобрений - 22,3-94,0 кг/га.

Коэффициент использования калия из удобрений сформировался на уровне: ячменя - 65,3-47,4%, яровой пшеницы - 40,3-37,5%, эспарцета - 52,0-64,3% и был наибольшим при использовании минимальных в опыте доз калийных удобрений. Интенсивность баланса калия за ротацию зернотравяного севооборота составила -0 36,4-38,2%.

4.3.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность зернотравяного севооборота

Максимальные прибавки урожайности ячменя от удобрений при интенсивном использовании пашни составили 4,6-5,9 ц/га (при урожае на контроле - 24,0 ц/га). За счёт средств биологизации в сравнении с зернопаровым севооборотом урожай культуры возрос на 3,6-4,0 ц/га.

Продуктивность яровой пшеницы на контроле в результате положительного последействия эспарцета возросла на 0,8-2,0 ц/га, а от удобрений - на 1,2-2,8 ц/га.

Оплата питательных веществ туков составила 2,33-4,0 кг/кг д.в.

В результате последействия удобрений, внесённых под предшествующие культуры, и прикорневой подкормки урожайность эспарцета возросла на 9,2-22,9 ц/га.

С 1 га севооборотной площади получено дополнительно продукции на 538-1759 руб./га. Окупаемость дополнительных затрат при этом составила -2,15-2,54 руб./руб.

Установлено, что энергия, накопленная в урожае зерновых культур и эспарцета значительно превышает затраты совокупной энергии на возделывание культур: по ячменю в 3,5-4,8 раза, по яровой пшенице - в 2,2-3,4 раза, по эспарцету - 4,8-5,7 раза.

5. Плодородие почвы, продуктивность и экономическая эффективность использования пашни в полевом севообороте с энергосберегающими почвозащитными технологическими комплексами

5.1. Влияние строения пахотного слоя, формируемого разными системами обработки почвы на продуктивность полевого севооборота и основные элементы почвенного плодородия

В полевом севообороте изучалось влияние разного строения пахотного слоя на агрофизические, агрохимические свойства, биологическую активность, фитосанитарное состояние посевов. Учитывалась урожайность и качество зерна, оценивалась экономическая, биоэнергетическая эффективность севооборотов.

Твёрдость почвы. При сочетании в севообороте глубокого рыхления в пару с минимальными обработками твёрдость пахотного слоя составила 632 КПа, а при постоянных обработках на 10-12 см - 674 КПа и на посевах яровой пшеницы соответственно - 672 и 684 КПа.

Водный режим почвы. На чёрных парах влажность почвы в метровом слое в среднем за три срока наблюдений (перед устойчивым замерзанием почвы, в начале парования весной и перед посевом озимых) при всех вариантах с гетерогенным строением пахотного слоя была выше, чем при гомогенном на 16,8-18,9 мм. На озимых она оказалась одинаковой при всех вариантах обработки почвы.

Не отмечено преимущества гомогенного строения почвы перед гетерогенным по запасам влаги и на посевах яровой пшеницы по озимым и просу, по просу

Запасы влаги перед посевом яровой пшеницы по озимым составили по вспашке 159,0 мм, при дифференцированной обработке - 163,2 мм и без осенней обработки - 163,1 мм, на просе соответственно - 146,8; 144,2 и 154,2 мм и посевах яровой пшеницы по просу - 132,3; 137,0 и 137,2 мм.

Средние запасы влаги за ротацию севооборота составили: по вспашке - 109,9 мм, по вариантам с гетерогенным строением пахотного слоя - от 113,5 до 118,5 мм.

Наблюдения за послойным размещением влаги показали, что минимальные обработки почвы не ухудшают условия для поглощения зимней влаги.

Пищевой режим почвы. На паровых полях отмечено большее содержание нитратов в технологических комплексах с гетерогенным строением. При постоянной вспашке количество нитратов в пахотном слое в среднем по трём срокам наблюдений составило 57,4 мг/кг, а с минимальными обработками - от 61,1 до 70,8 мг/кг почвы.

При гетерогенном строении большим было и содержание подвижного фосфора - при постоянной вспашке 23,4 мг/кг почвы и от 24,8 до 25,4 мг/кг -при минимальных обработках почвы.

При длительном (12 лет) испытании технологий с гетерогенным строением почвы также отмечено некоторое снижение содержания азота. В слое 0-20 см количество гидролизуемого азота снизилось до 0,94-1,07 мг/кг.

Содержание подвижного фосфора и обменного калия повысилось на 0,43-2,40 мг/кг.

По большинству других показателей эффективного и потенциального плодородия почвы (гумус, общая щёлочность сумма поглощённых оснований, рН солевой вытяжки и др.) существенных различий по изучаемым вариантам не отмечено.

Фитосанитарное состояние посевов. В средние по увлажнению годы не выявлено при ежегодном применении гербицидов различий по засорённости посевов яровых зерновых культур. Значительный рост засорённости отмечен только в 2007 г., отличавшемся обильными осадками в период вегетации. Предуборочная засорённость посевов проса в этом году была по минимальным обработкам выше, чем в контроле в 1,5-1,7 раза.

Урожайность сельскохозяйственных культур. Результаты учёта урожайности в среднем по двум ротациям севооборота приводятся в табл. 7.

Достоверное снижение урожаев яровой пшеницы отмечено при отказе от осеней обработки почвы (вар. III, V и VII).

Наибольшей продуктивностью среди систем обработки с гетерогенным строением выделился вариант с безотвальным рыхлением на 28-30 см плугом ПЧ-4,5 в пару в сочетании с минимальными обработками на 10-12 см под яровые зерновые культуры.

7. Урожайность зерновых культур в среднем по двум ротациям зернопарового севооборота при системах обработки почвы, формирующих разное строение пахотного слоя, т/га

Культуры

Системы обработки почвы

I

(контроль)

II

III

IV

V

VI

VII

НСР05

Озимая пшеница

2,85

2,81

2,90

2,93

2,86

2,83

2,80

0,26-0,30

Яровая пшеница

1,42

1,48

1,42

1,36

1,29

1,25

1,19

0,17-0,20

Просо

2,51

2,60

2,62

2,66

2,52

2,45

2,39

0,32-0,34

Яровая пшеница

1,60

1,61

1,44

1,61

1,42

1,56

1,40

0,18-0,21

В среднем

за две ротации

2,10

2,12

2,09

2,14

2,03

2,02

1,95

Производственные затраты при системах обработки почвы с гетерогенным строением снизились на 488,9-968,6 руб./га, чистый доход повысился с 1245 руб./га до 1343,2--1636,8 руб./га. Рентабельность производства зерна возросла с 23,6 до 31,8-34,6 % (табл. 8).

Наибольшая энергетическая эффективность производства зерна получена в среднем за ротацию севооборота при строении почвы, сформированном дифференцированной обработкой почвы (вспашка в паровых полях плугом на 25-27 см и рыхление чизелем на 28-30 см в сочетании с минимальной обработкой почвы под яровые зерновые культуры (1,24-1,27) и меньший при постоянной вспашке и без осенней обработки (1,15-1,17).

5.2. Агрохимические показатели плодородия почвы в полевом севообороте с ресурсосберегающими технологическими комплексами при длительном применении минимальных обработок почвы

Исследования проводились в трех полях экспериментального полевого севооборота: в черном и сидеральных парах и на посевах яровых зерновых (яровая пшеница, ячмень) в заключительном поле севооборота.

В 2006-2009 гг. оценивалось влияние на основные агрохимические показатели плодородия почвы технологических комплексов с постоянной вспашкой (контроль), дифференцированной с сочетанием безотвальной обработки чизелем в парах с минимальными обработками под яровые зерновые культуры, постоянной минимальной обработкой и без осенней обработки почвы.

Азотный режим почвы. При технологиях с минимальными обработками почвы средневзвешенное содержание минерального азота оказалось в севообороте пониженным только в 2007 г. В 2006 и 2008 гг. количество азота было близким по всем изучаемым технологиям.

8. Экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в севообороте: пар чистый -озимая пшеница - яровая пшеница - просо - яровая пшеница - яровой ячмень, в руб./га (среднее по двум ротациям)

Таблица

...

Показатели

Ротации

Системы обработки почвы

Вспашка на 25-27 см

Вспашка пара,

рыхление

на

10-12 см под яровые

Вспашка пара, прямой посев под яровые

Рыхление на 28-30 см пара, под яровые рыхление на

10-12 см

Рыхление на 28-30 см пара, под яровые зерновые прямой посев

Постоянная мелкая обработка на

10-12 см

Без

осенней обработки

Стоимость продукции

1

5615,8

5515,8

5037,5

5423,3

4860,8

5278,3

4644,2

2

7429,6

7129,6

7052,4

7298,8

6893,8

7024,8

6651,0

Среднее

6522,7

6322,7

6044,9

6361,2

5877,3

6151,6

5647,8

Производственные затраты

1

4727,5

4266,9

4076,0

4207,2

4018,9

4160,2

3964,9

2

5827,9

5310,7

5048,8

5241,4

4978,7

5183,1

4644,9

Среднее

5277,7

4788,8

4562,4

4724,3

4498,8

4671,6

4309,1

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