Эффективность приемов основной обработки в оптимизации плодородия серой лесной почвы при возделывании ячменя в условиях Владимирского ополья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Талеева Дарина Александровна

Эффективность приемов основной обработки в оптимизации плодородия серой лесной почвы при возделывании ячменя в условиях владимирского Ополья

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2013

Работа выполнена на кафедре земледелия и методики опытного дела ФГБОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева»

Научные руководители:

Мазиров Михаил Арнольдович, доктор биологических наук, профессор;

Зинченко Сергей Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты:

Лукин Сергей Михайлович, доктор биологических наук, Всероссийский научно-исследовательский институт органических удобрений и торфа Россельхозакадемии, директор;

Мельников Валерий Николаевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, доцент кафедры растениеводства и луговых экосистем

Ведущая организация: ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова»

плодородие почва урожайность ячмень

Защита состоится « 3 » декабря 2013 г. в «14³⁰ » часов на заседании диссертационного совета Д 220.043.05 при ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 15, тел./факс: 8 (499) 976-24-92.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан « 1 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.В. Шитикова

Актуальность исследований. Повышение плодородия почвы, охрана от деградации, предотвращение ухудшения состояния окружающей среды, улучшение и поиск путей регулирования баланса питательных веществ - стратегическое направление современного земледелия. В мировой практике активно развивается ландшафтное планирование, а в России сложился адаптивно-ландшафтный подход к разработке и проектированию систем земледелия (Кирюшин, 1996, 2010). Поскольку повышение плодородия почвы, рациональное использование почвенных ресурсов - стратегическое направление адаптивно-ландшафтных систем земледелия (АЛСЗ), возникает необходимость дальнейшего изучения и уточнения вопросов, связанных с регулированием показателей плодородия почвы, где важная роль принадлежит обработке почвы.

Приемы механической обработки, изменяя водно-воздушный режим почвы, ее биологическую активность и пространственное расположение вносимых удобрений и пожнивно-корневых остатков оказывает существенное влияние на доступность элементов питания растений. В связи с переходом на ресурсосберегающие почвозащитные агротехнологии возникает необходимость выявить целесообразность применения разных по способу и интенсивности приемов механической обработки и оценки их влияния на плодородие почв, в том числе и во Владимирском ополье.

Цель исследований. Оценить влияние различных по способу и глубине приемов основной обработки и их сочетаний на изменение агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия серой лесной почвы, и урожайность ярового ячменя.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Оценить влияние применения различных приемов основной обработки на изменение агрофизических свойств серой лесной почвы.

2. Определить эффективность разных по способу и глубине приемов основной обработки и их разнообразных сочетаний в изменении структуры компонента многолетних сорных растений.

3. Оценить роль различных по способу и глубине приемов основной обработки в оптимизации агрохимических показателей плодородия серой лесной почвы.

4. Выявить основные закономерности трансформации верхней части почвенного профиля серой лесной почвы различных агроценозов при воздействии природных и антропогенных факторов разной интенсивности.

5. Провести сравнительную оценку биологической активности почвы агробиоценоза в зависимости от приемов основной обработки.

6. Изучить влияние разных по интенсивности приемов основной обработки на рост, развитие и урожайность ярового ячменя, а также определить их экономическую и энергетическую эффективность.

Научная новизна исследований. В условиях Владимирского ополья дана комплексная оценка влияния приемов основной обработки серой лесной почвы на ее структуру, плотность сложения и водный режим, агрохимические и биологические показатели плодородия почвы. Впервые на серой лесной почве Опольной зоны для технологии возделывания ячменя разработана ресурсосберегающая система основной обработки, обеспечивающая сохранение плодородия почвы за счет снижения степени механической нагрузки на почвенный покров по сравнению с традиционной ежегодной вспашкой на глубину 20-22 см.

Практическая значимость исследований. Исследования позволяют обосновать эффективные приемы в формировании основных элементов системы земледелия, основанные на принципах природного землепользования, ресурсосбережения и экологической безопасности. Результаты исследований можно использовать для усовершенствования существующих технологий возделывания ярового ячменя в Опольной зоне на серой лесной почве. Результаты диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе вузов по дисциплинам «Земледелие», «Агрохимия» и «Биология почв».

Апробация работы. Результаты исследований были доложены в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева на декабрьской Международной научно-практической конференции (Москва, 2011, 2012); на Международном агроэкологическом форуме (Санкт-Петербург, ГНУ Северо-Западный НИИМЭСХ, 2013г.); на конференции Всероссийской школы молодых ученых и специалистов «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (ГНУ Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии, 2013г.)

Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на - 165 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 8 глав, выводов, предложений производству, библиографического списка, содержит 20 - таблиц, 40 - рисунков и 11 приложений, список используемой литературы включает - 255 источников, в том числе - 22 на иностранном языке.

Основные положения, выносимые на защиту

1.Эффективность использования различных по способу и глубине приемов основной обработки в оптимизации агрофизических свойств серой лесной почвы при возделывании ярового ячменя.

2.Закономерности изменения агрохимических показателей плодородия корнеобитаемого слоя серой лесной почвы под влиянием приемов основной обработки разной интенсивности.

3.Показатели сравнительной оценки биологической активности почвы в агрофитоценозе разной интенсивности.

4. Показатели экономической и энергетической оценки применения разных по способу и глубине приемов основной обработки почвы при возделывании ячменя.

Автор выражает глубокую признательность профессорам кафедры земледелия и методики опытного дела Мазирову М.А. и Матюку Н.С., сотрудникам ГНУ ВНИИСХ директору Ильину Л.И., профессору Зинченко С.И. за помощь в проведении исследований и ценные советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в 2010-2012 гг. в полевом стационарном опыте Владимирского НИИСХ, заложенного в 1986 году. Оценку систем основной обработки разной интенсивности осуществляли в посеве ячменя шестипольного севооборота со следующим чередованием культур: овес с подсевом многолетних трав (клевер+тимофеевка) - многолетние травы первого года пользования - многолетние травы второго года пользования - озимая рожь - яровая пшеница - ячмень. Почва опытного участка - серая лесная среднесуглинистая: мощность пахотного слоя 25-30 см; содержание гумуса 2,5 %, подвижных форм фосфора - 150 мг/кг почвы и обменного калия - 138 мг/кг; рНсол - 5,8. Общая площадь делянки 336 м², учётная 216 м². В опыте изучались следующие варианты основной обработки:

1. Поверхностная - ежегодно на глубину 6-8 см паровым культиватором КПС-4 (П-10); 2. Плоскорезная - ежегодно на глубину 20-22 см плоскорезом КПГ-2-150 (П-20); 3. Отвальная - ежегодно на глубину 20-22 см плугом ПЛН-3-35 (ВО-20); 4. Сочетание отвальной с двухъярусной вспашкой - обработка почвы на глубину 20-22 см плугом ПЛН-3-35 (ВО-20) под яровые зерновые в сочетании с двухъярусной на глубину 28-30 см плугом ПЯ-3-35 (ВЯ-30) под озимую рожь; 5. Сочетание поверхностной с двухъярусной вспашкой - поверхностная обработка на глубину 6-8 см (П-10) под яровые зерновые в сочетании с двухъярусной на глубину 28-30 см (ВЯ-30) под озимую рожь; 6. Сочетание поверхностной с двухъярусной и чизельной обработкой - чизельная обработка на глубину 38-40 см чизельным плугом ПЧ-4,5 (Ч-40) под овес с подсевом многолетних трав, двухъярусная на глубину 28-30 см (ВЯ-30) под озимую рожь и поверхностная на глубину 6-8 см (П-10) под яровые зерновые.

Удобрения в дозе N₃₀Р₃₀K₃₀ вносили общим фоном. Возделывали сорт ярового ячменя - Зазерский 85 с нормой высева 4,5 млн. семян/га.

Методы исследований. При проведении полевых и лабораторных исследований использовались общепринятые методы. Плотность почвы определяем - методом цилиндров по С.И. Долгову (1986); влажность по ГОСТ 28268 - 89; структуру почвы - по И.И. Савинову (1986), водопрочность почвенных агрегатов - по И.М. Бакшееву (1969); нитратный азот по ГОСТ 26483 - 85 - ГОСТ 26490 - 85. Подвижные соединения фосфора и обменного калия определяли по ГОСТ 26207-91; разложение клетчатки аппликационным методом по М.С. Востровой и А.Н. Петровой (1961); активность каталазы - газометрическим (1990); определение биологической активности почвы - метод Т.В. Аристовской (1989). Полевая всхожесть семян, сохранность и выживаемость растений, структура урожая определялась по методике В.И. Сазанова (1962). Фенологические наблюдения проводились по методике Госсортсети. Экономическую оценку проводили по методике А.Т. Волощука и др. (2003). Результаты исследований обрабатывали методами корреляционного и дисперсионного анализа (Доспехов, 1985) с применением программ Statistic.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Действие приемов обработки на агрофизические показатели плодородия серой лесной почвы

Приемы механической обработки серой лесной почвы приводят к изменению агрофизических свойств и направленности физических процессов, протекающих в почве, а также условий для роста и развития растений и служат критериями при оценке эффективности различных по способу и глубине приемов обработки (Мазиров М.А., Зинченко С.И., 2010).

Эффективность применения приемов основной обработки серой лесной почвы в севообороте может быть оценена по результатам изучения динамики изменения плотности пахотного слоя, где обычно располагается основная масса активных корней (таблица 1). Наши исследования показали, что разные по интенсивности, способу их применения приемы основной обработки наиболее сильно изменяют сложение корнеобитаемого слоя лишь в начальный период их применения. В дальнейшем почва под действием сил уплотнения и разуплотнения стремиться к своему равновесному состоянию, присущему данному типу.

Так, после посева за счет сил гравитации, давления сельскохозяйственной техники и орудий в слое 0-30 см происходило уплотнение почвы до 1,28 - 1,38 г/см³ (НСР₀₅=0,10).

Таблица 1 - Динамика плотности почвы под ячменем в зависимости от приемов основной обработки (г/см³), 2010-2012гг.

Вариант опыта	Слой почвы, см	До обработки	После основной обработки	До предпосевной культивацией	Всходы	Колошение	Полная спелость
Отвальная на 20-22 см, контроль	0-10	1,38	1,03	1,10	1,19	1,30	1,38
	10-20	1,30	1,02	1,17	1,29	1,39	1,40
	20-30	1,40	1,30	1,21	1,37	1,40	1,43
	0-30	1,36	1,12	1,16	1,28	1,36	1,41
Поверхностная на 6-8 см	0-10	1,36	1,11	1,10	1,23	1,33	1,27
	10-20	1,47	1,30	1,30	1,42	1,39	1,34
	20-30	1,44	1,43	1,35	1,48	1,46	1,46
	0-30	1,42	1,28	1,23	1,38	1,40	1,36
Сочетание поверхностной и двухъярусной вспашки	0-10	1,31	1,07	1,01	1,22	1,38	1,32
	10-20	1,37	1,30	1,21	1,37	1,47	1,44
	20-30	1,48	1,37	1,31	1,44	1,43	1,45
	0-30	1,39	1,25	1,17	1,34	1,42	1,40
НСР05	0-30	0,16	0,15	0,07	0,10	0,16	0,11

Наиболее высокий уровень плотности почвы отмечается в варианте с ежегодной поверхностной обработкой на 6-8 см, особенно в слоях 10-20 и 20-30, см которые не затрагивались обработкой (1,42 и 1,48 г/см³).

К фазе колошения и уборки плотность почвы в слое 0-30 см продолжала возрастать и стремилась к своему равновесному сложению - равному 1,36 - 1,41 г/см³ (НСР₀₅=0,11), не зависимо от приема и глубины основной обработки (рисунок 1).

Таким образом, достоверные различия в плотности сложения слоя 0-20 см отмечались лишь в начальный период после основной обработки. В дальнейшем эти различия сглаживались под действием природных и антропогенных факторов и к концу вегетации ячменя почва достигала равновесного состояния независимо от приема основной обработки. Несмотря на прогресс во внедрении в производство комбинированной разноглубинной системы обработки почвы в севооборотах, включающей использование поверхностных, отвальных и безотвальных приемов, их эффективность в поддержании оптимального сложения почвы остается не однозначной, так как существенного снижения плотности почвы при их использовании в наших исследованиях не установлено, но изменились другие показатели. Так, уровень влагообеспеченности сельскохозяйственных растений, особенно в раннелетнюю засуху, которая часто встречается в Центральных районах Нечерноземной зоны, в значительной степени определяется запасами продуктивной влаги в метровом слое почвы, накопленными до посева, то есть в осенне-весенний период.

Проведенные нами исследования показали, что при возделывании ячменя наблюдается тенденция повышения влагообеспеченности на варианте сочетания поверхностной с двухъярусной обработкой почвы в начальный период роста, а отвальной обработкой - в период созревания зерна (рисунок 2).

Запасы продуктивной влаги в метровом слое серой лесной почвы, как в период от основной обработки почвы до посева, так и в период вегетации не зависели от способа и глубины основной обработки под ячмень. В период осень -весна они формировались на уровне - 215,7-230,1 мм, к посеву ячменя снижались до 201,7- 209,6 мм, а к уборке - до уровня 152,8-174,0 мм. Глубина, способ и интенсивность воздействия на почву различными приемами основной обработки не оказывали существенного влияния на изменение содержания структурных агрегатов различного размера. Так, ежегодная отвальная вспашка обеспечивала одинаковое содержание как агрономически ценной структуры, так и глыбистой ее составляющей в слое 0-30 см, что обеспечило коэффициент структурности - 1,0. В верхнем слое почвы поддерживается оптимальное соотношение между почвенными частицами при коэффициенте - 2,3 (рисунок 3).

Снижение интенсивности механического воздействия за счет применения поверхностной обработки повышало содержание агрономически ценных агрегатов слоя 0-30 см на 5,8%.

Двухъярусная обработка в сочетании с другими приемами не обеспечивала улучшение структуры почвы, что связано с тем, что за ротацию севооборота почва теряет эффект глубокой обработки и под ячменем не проявляется. Однако в варианте сочетания чизельной, двухъярусной и поверхностной обработки поддерживается коэффициент структурности на уровне близком к вариантам с ежегодной вспашкой на 20-22 см (1,0) за счет более частого использования глубокой обработки.

Накопление пожнивно-корневых остатков в верхней части пахотного слоя при поверхностной обработке обеспечило улучшение процессов структурообразования, что проявилось в увеличении на 5,8% фракций размером 10-0,25 мм и снижению на 6,1% глыбистых. Периодический вынос на поверхность нижележащих горизонтов в варианте сочетания поверхностной с двухъярусной обра-боткой наоборот уменьшал содержа-ние агрономически ценных агрегатов и увеличивал глыбистую структуру Наши исследования показали, что увеличение интенсивности воздействия на пахотный слой приемами механической обработки за счет введения в систему двухъярусной вспашки на глубину 28-30 см и чизелевания на 38-40 см привело к снижению содержания водопрочной структуры как в пахотном (0-20 см), так и в корнеобитаемом (0-30 см) слое на 9-10% в относительном выражении, а ее минимализация за счет уменьшения глубины (поверхностная) и интенсивности (плоскорезная) - к увеличению на 11-13%, по сравнению с ежегодной вспашкой, однако водопрочность соответствовала - хорошему и отличному уровню (62,2 - 72,5%).

Учет засоренности посевов ячменя показал, что в годы исследований в фазу кущения культуры засоренность посевов многолетними сорняками была выше экономического порога вредоносности в 3-4 раза, что вызывало необходимость использования гербицида. После проведения химической прополки засоренность по вариантам опыта независимо от приемов основной обработки снижалась по малолетним до экономического порога вредоносности (6-9 шт/м²), а по многолетним сорнякам была выше в 2,5 раза, но сорный компонент в дальнейшем не оказывал существенного влияния на формирование общей биомассы растений и урожая ячменя.

2. Действие приемов основной обработки на динамику агрохимических показателей плодородия почвы под ячменем

Продолжительное использование почвы в сельском хозяйстве вызывает изменение морфологических признаков и физико-химических свойств, гумусового состояния и питательного режима не только корнеобитаемого слоя, но и нижележащих горизонтов почвенного профиля за счет вертикальной миграции подвижных форм гумуса и питательных элементов (Матюк Н.С., Мазиров М.А., Кащеева Д.М., 2012).

Основным источником поступления в почву легкогидролизуемого азота является внесение органических и минеральных удобрений, а также минерализация растительных остатков предшественников, которая определяется их массой и глубиной заделки (рисунок 4).

Наши исследования в полевом стационарном опыте показали, что при одинаковой дозе внесения азотных удобрений и глубине их заделки содержание минерального азота по частям корнеобитаемого слоя 0-40 см определялось глубиной и способом заделки растительных остатков. Концентрация пожнивно-корневых остатков в слое 0-10 см в вариантах поверхностной обработки и ее сочетания с глубокими увеличивала содержание нитратного азота в 1,8 раза, а аммиачного в 1,6 раза, что способствовало более ранним и дружным всходам ячменя. При этом в структуре минерального азота в фазу полных всходов ячменя 83-85% приходилось на его нитратные формы, то есть растения в полной мере обеспечены этим элементом питания.

Так же установлено, что динамика изменения содержания нитратного азота при разных по интенсивности приемах обработки носила разный характер. Так, в период от появления всходов до колошения растения ячменя использовали наибольшее количество азота в вариантах сочетания поверхностной с двухъярусной обработкой (314 кг/га) или 65,1% от исходных запасов, в то время как на контроле (отвальная обработка) потребление азота составило 203 кг/га или 54,7%. Отказ от отвальных обработок и замена их поверхностными снижали поглощение до 50% или 250 кг/га, что связано с более плотным сложением корнеобитаемого слоя. В период от колошения до восковой спелости в вариантах ежегодной вспашки и периодической двухъярусной обработки отмечали накопление нитратного азота, которое составило 47 и 35 кг/га соответственно, а при поверхностной - дальнейшее снижение его запасов на 35кг/га.

В оптимизации режима питании ярового ячменя и других сельскохозяйственных культур важное значение имеет уровень обеспеченности растений подвижным фосфором (Р₂О₅). Наши исследования показали, что после посева содержание подвижного фосфора по слоям пахотного горизонта 0-40 см было неравномерным и зависело от способа основной обработки почвы под культуры севооборота. Так, при поверхностной системе обработки его распределение в верхней части почвенного профиля имело выровненный характер со значениями 258-238 мг/кг почвы, при отвальной - отмечали снижение содержания в слое 10-20 см до 206, а при сочетании поверхностной с двухъярусной - в слое 20-40 см до 197 мг/кг почвы (рисунок 5).

На запасы подвижного фосфора в слое 0-40 см приемы основной обработки не оказывали заметного влияния, и оно колебалось от 1500 кг/га в начале до 1100 кг/га в конце вегетации (таблица 3).

Таблица 3 - Влияние приемов основной обработки на запасы подвижного фосфора (кг/га), в слое почвы 0-40 см, среднее за 2010- 2012 гг.

Вариант	Посев	Колошение	Изменения	Уборка	Изменения
Отвальная на 20-22 см, контроль	1419,8+93,4	1305,6+94,1	-114,2	1026,0+46,8	-279,6
Поверхностная на 6-8 см	1422,7+136,9	1285,3+82,3	-137,4	1536,4+12,4	+251,1
Сочетание поверхностной с двухъярусной	1451,7+123,0	1013,8+90,4	-437,9	1077,6+97,1	+63,8

Исследования показали, что подвижный фосфор в фазу колошения в меньшем количестве использовался растениями ячменя, чем азот. Так, при отвальной обработке почвы за период от посева до колошения из слоя почвы 0-40 см поглощалось лишь 17,7 % от исходного содержания, при поверхностной - 9,4% и при ее сочетании с периодически ярусной вспашкой - 30%. Увеличение потребления фосфора растениями ячменя связано в этом случае с более низким его содержанием и более рыхлым сложением корнеобитаемого слоя. К концу вегетации потребление фосфора растениями ячменя снизилось до 6,0% в варианте сочетания поверхностной с двухъярусной вспашкой и, наоборот, возросло до 17,3% на делянках с поверхностной и до 23,6% при отвальной обработке по отношению к его содержанию в середине вегетации. При этом при отвальной обработке он в большей степени использовался из слоя 0-10 и 10-20 см, при поверхностной - равномерно из всех частей слоя 0-40 см, а при сочетании поверхностной с двухъярусной - в большей степени из слоев 10-20 и 20-40 см.

Несмотря на высокое содержание калия в почве (2,73-2,80%), культуры зернотравяного севооборота положительно отзывались на внесение калийных удобрений. Это происходит потому, что 98-99% валовых запасов калия входит в состав силикатов и алюмосиликатов, нерастворимых в воде и неусвояемых растениями. Основным источником калия для растений является обменный, или поглощенный, который находится в почвенно-поглощающем комплексе, а так же поступает в почву с растительными остатками полевых культур и удобрениями.

Выявлено, что способы, глубина и периодичность различных приемов основной обработки оказали регулирующее воздействие не только на содержание и запасы обменного калия в корнеобитаемом слое, но и его различное распределение по профилю почвы.

В период от появления всходов до кущения наиболее благоприятные условия по обеспечению растений ячменя калием складывались при отвальной обработке, где его содержание составило 240 мг/кг почвы, а наихудшие - при сочетании поверхностной с двухъярусной обработкой (188 мг/кг почвы). При этом наибольшие запасы обменного калия при отвальной обработке почвы отмечали в слое 0-10 см (256 кг/га), а при поверхностной - в слое 10-20 см (232 кг/га).

Позиционная доступность калия, особенно в начальные периоды роста и развития растений, определяется его содержанием в верхней части пахотного горизонта. Наилучшие условия по обеспечению обменным калием в период от кущения до колошения ячменя складывались при отвальной системе обработки, где содержание этого элемента питания в слое почвы 0-10 см составляло 219 мг/кг почвы, а в 10-20 см - 175 мг/кг, что выше на 74 и 22 мг/кг, чем при поверхностной и на 33 и 18 мг/кг почвы, чем при сочетании поверхностной с периодической, раз в ротацию, двухъярусной обработкой. В слое 20-40 см различия в содержании калия были незначительными и составляли 4-5 мг/кг почвы (рисунок 6).

Динамика изменения содержания обменного калия за период колошения - восковая спелость при разных приемах обработки имела разную закономерность.

Так, при отвальной обработке отмечали снижение его содержания в изучаемых слоях, которое составляло для слоя 0-10 см - 76 мг/кг почвы, слоя 10-20 см - 39 мг/кг почвы, а в слое 20-40 см - оно практически не изменилось. При поверхностной системе обработки снижение его содержания на 16 мг/кг почвы отмечалось в слое 10-20 см, а при ее сочетании с периодически двухъярусной - в слое 0-10 см (41 мг/кг почвы).

Таким образом, в течение вегетационного периода растения ячменя используют обменный калий из разных частей корнеобитаемого слоя 0-40 см. Так, при отвальной обработке внесенный с удобрениями и поступающий из растительных остатков калий в основном локализуется в слое 10-20 см. При этом максимальное его содержание (51,3%) от общего приходится на слой 20-40 см, 32,4% - на слой 10-20 и лишь 16,3% - на слой 0-10см. При поверхностной обработке, наоборот, 43,9% общей потребности поглощается из слоя 0-10 см, 21,4 % - из слоя 10-20 и 34,7% из слоя 20-40 см, а при ее сочетании с двухъярусной, раз в ротацию шестипольного зернотравяного севооборота, основное поступления калия в растения происходит из слоя почвы 10-20 (66,2%) и 20-30 см (33,7%), то есть глубины, на которые заделан пласт многолетних трав.

Представляет интерес изменение запасов обменного калия в слое почвы 0-40 см (таблица 4).

Таблица 4 - Влияние приемов основной обработки на запасы обменного калия в слое 0-40 см (кг/га), среднее за 2010-2012 гг.

Вариант опыта	Всходы	Колошение	Изменения	Восковая спелость	Изменения
Отвальная на 20-22 см, контроль	1237+63,8	640+30,2	-597	829+28,5	+189
Поверхностная на 6-8 см	1206+69,6	857+26,7	-346	868+36,7	+11
Сочетание поверхностной с двухъярусной	1253+68,5	946+32,3	-307	915+64,0	-31

Наши исследования показали, что подвижность и накопление обменного калия в начальный период роста и развития ячменя тесно связаны с интенсивностью обработки почвы. Так, в период от посева до колошения за счет перехода калия в необменные формы и его фиксации минералами, а также потребления растениями в вариантах отвальной обработки его запасы уменьшались на 597 кг/га, а при поверхностной и ее сочетании с двухъярусной обработкой - на 346 и 307 кг/га соответственно. К концу вегетации сохранялась закономерность перехода в необменные формы калия лишь при глубоких интенсивных обработках (31 кг/га), а при уменьшении степени механического воздействия на почву наоборот, преобладали процессы его дальнейшего высвобождения (отвальная, поверхностная), которое составило 189 и 11 кг/га почвы соответственно.

Наши исследования показали, что под воздействием полевых культур из различных биологических групп (зерновые, многолетние травы), а также разных по глубине и способу приемов основной обработки изменяются агрохимические свойства верхней части (0-100 см) почвенного профиля. При поверхностной обработке распределение подвижного фосфора по метровому слою почвы было выровненным с более высоким его содержанием в поверхностном слое 0-10 см, в котором концентрировалась основная масса вносимых удобрений и растительных остатков возделываемых культур. Выровненное распределение подвижного фосфора связано с его миграцией с легкорастворимыми гумусовыми веществами и соединения ортофосфорной кислоты по связным вертикальным порам, которые формируются в профиле почвы ненарушенного сложения за счет действия факторов структурообразования, деятельности дождевых червей и корневой системы многолетних сорняков и возделываемых культур, особенно клевера.

Содержание подвижного фосфора в верхней части (0-40 см) почвенного профиля при отвальной обработке более высокое, чем в нижней части 40-100 см. При этом отмечается его снижение в слое 10-20 см (206 мг/кг почвы) и резкое увеличение (256 мг/кг почвы) в слое 20-40 см, где при постоянной глубине обработки на 20-22 см образовалась уплотненная прослойка, препятствующая его миграции в нижележащие горизонты, где его содержание снижалось до 165-140 мг/кг почвы.

Содержание обменного калия в разных слоях метрового почвенного профиля было более выровненным с выделе-нием зон с очень высоким (252 мг/кг почвы) или очень низким (172 мг/кг почвы) значениями. Так, при ежегодной вспашке на глубину 20-22 см выделяются две зоны с высоким содержанием: слой 0-20 см (221 мг/кг почвы) и 60-80 см (252 мг/кг почвы). Распределение корневой системы по почвенному профилю зависело от способа и интенсивности обработки и совпадало с содержанием элементов питания (рисунок 7)

Так, 50% корневой системы при поверхностной обработке сосредоточено в слое 0-20 см, с равномерным распределением по всему почвенному профилю до глубины 100 см. На отвальной вспашке 60% корней сосредоточено в профиле почвы до 50 см. Распределение активной массы корней в слое почвы коррелирует с содержанием подвижного фосфора и обменного калия по слоям почвы.

3. Влияние приемов обработки почвы на биологические показатели плодородия почвы

Процесс разложения клетчатки в почве в природных условиях имеет важное значение в формировании плодородия почвы. Интенсивность разложения целлюлозы, как одна из характеристик биологической активности почвы, является важным показателем её экологического состояния и определяется жизнедеятельностью микробоценоза. Темпы разложения клетчатки в почве зависят от наличия в ней легкодоступного азота, поэтому метод разложения льняного полотна, позволяет анализировать и деятельность почвенных процессов в целом (Мальцев И.Г., Шрамко Н.В., 2006).

На варианте ежегодной отвальной вспашки минерализационная активность слоя 10-20см выше, чем слоя 20-30см. Обработка с оборотом пласта активизирует деятельность пула целлюлозоразрушающей микрофлоры в слое 0-20см, где степень распада клетчатки составила 36,2%, что достоверно выше, чем по другим вариантам опыта. Распад льняного полотна в слое 0-10 см был выше и составил 48%, что связано с хорошей аэрацией и влагообеспеченностью. На безотвальных обработках процент убыли льняного полотна был ниже, что обуславливалось увеличением плотности сложения почвы на этих вариантах (рисунок 8).

В своих исследованиях мы учитывали активность окислительно-восстановительного фермента каталаза, участвующего в биогенезе гумусовых веществ. Выявленные биохимическим методом различия в ферментативной активности каталазы в зависимости от приемов обработки почвы не велики и достоверно незначимы. Средние значения каталазной активности за вегетационный период в слое 0-20 см составили 2,6-2,8 мл О₂ / 1 г почвы в минуту. Однако наблюдается тенденция к увеличению этого пока зателя на фоне ежегодной поверхностной обработки до значений 2,9 мл О₂ /г почвы в минуту. Об активизации деятельности фермента на этом варианте свидетельствует и достоверное увеличения показателя в слое 0 - 10см в период колошения ячменя - 3,1 мл О₂ /г почвы в минуту.

Сохранение основной массы корней и растительных остатков в биологически активном верхнем слое при поверхностной обработке способствует активизации деятельности ферментов, в том числе и окислительно-восстановительных. Изучение сезонной динамики активности каталазы показало, что в агросистемах наблюдается небольшое увеличение значений в период репродуктивного роста растений (выход в трубку - колошение).

Чтобы расширить спектр показателей, отражающих биологическую активность почвы, нами была определена биологическая активность почвы, основанная на скорости разложения мочевины. Разложение ее сопровождается интенсивным выделением аммиака, скорость выделения которого в эксперименте фиксировалась по нарастанию значений рН в припочвенном слое воздуха. Исходный уровень рН почвы агрофонов определялся значениями 5,8 - 6,0.

Гидролиз мочевины под воздействием фермента уреазы наиболее активно протекал в почве вариантов с ежегодной глубокой безотвальной обработкой и ежегодной вспашкой (рисунок 9). Через 24 часа после внесения мочевины в почву этих фонов показатели щелочности припочвенного воздуха в слое 0-10 см были на уровне 8- 9, а через 41 час возросли до рН 10.

Глубокие обработки обуславливают не только физическую однород-ность обрабатываемого слоя, но и формируют благоприятные физичес-кие свойства, при относительно равномер-ном распределении орга-нического материала в слое 0-20см. Таким образом, самый высокий био-химический потенциал ферментативной активности формируется в серой лесной почве на фоне ежегодной безотвальной обработки на 20-22см. Хорошая аэрация и благоприятная влагообеспеченность активизировали процессы минерализации целлюлозы по отвальной вспашке

Интенсивность разложения целлюлозы обусловлена интенсивностью приемов основной обработки почвы и наиболее активно распадение клетчатки (36,2 %) отмечено на варианте ежегодной отвальной вспашки. Максимальный показатель (рН - 10) биологической активности (по скорости ответной реакции на внесение мочевины) также отмечен на этом варианте опыта.

4. Влияние энергосберегающей технологии обработки почвы на формирование урожая ярового ячменя

Воздушно-сухая биомасса растений ячменя в период всходов колебалась по вариантам опыта в пределах от 0,38 до 0,48 т/га. В изучаемых вариантах нарастание массы растений в этот период происходило на одном уровне, но было выше при плоскорезной обработке (0,48 т/га), а ниже - при поверхностной (0,38 т/га). К фазе кущения масса растений увеличивалась и составляла по вариантам опыта от 0,88 до 0,92 т/га с максимальным значением при поверхностной обработке и ее сочетании с глубокими. В фазу колошения наиболее высокие показатели накопления массы растений отмечались в вариантах с ежегодной плоскорезной обработкой на 20-22 см (2,04 т/га) и на делянках сочетания отвальной с двухъярусной вспашкой (2,01 т/га). К уборке эти показатели продолжали увеличиваться - 5,38 - 5,57 т/га, но существенной разницы между ними не наблюдалось (НСР₀₅ = 0,38 т/га). Таким образом, приёмы основной обработки, отличающиеся по способу и их глубине, не оказали существенного влияния на густоту всходов и интенсивность нарастания воздушно-сухой массы растений по основным фазам роста и развития ярового ячменя.

На серых лесных почвах Владимирского ополья эффективность различных по способу и глубине приемов основной обработки в изменении продуктивности ячменя зависела от метеорологических условий вегетационных периодов в годы проведения исследований (таблица 5).

Таблица 5- Влияние приемов основной обработки урожайность ячменя (т/га)

№	Вариант опыта	2010г.	2011г.	2012г.	Среднее за 2010-2012гг.
1	Отвальная на 20-22 см, контроль	2,71	1,75	2,39	2,28
2	Поверхностная на 6-8 см	2,60	1,92	2,20	2,24
3	Плоскорезная на 20-22 см	2,50	2,03	1,43	2,32
4	Сочетание отвальной с двухъярусной	2,77	2,01	2,19	2,32
5	Сочетание поверхностной с двухъярусной	2,75	1,94	2,13	2,27
6	Сочетание поверхностной с двухъярусной и чизельной	2,70	2,04	2,07	2,27
НСР05	0,32	0,30	0,37	0,33

В среднем за 3 года исследований наблюдается устойчивая тенденция повышения урожайности в вариантах ежегодной плоскорезной и сочетании отвальной с двухъярусной обработкой - 2,32 т/га, что выразилось в прибавке к контролю (2,28 т/га) на 0,04 т/га (НСР₀₅ = 0,33 т/га). В острозасушливые годы (2010г.) поверхностная (2,60 т/га) и плоскорезная обработки (2,50 т/га) обеспечили наименьший уровень урожайности при ее снижении по отношению к контролю на 0,10 и 0,21 т/га (НСР₀₅ = 0,32 т/га) соответственно. Таким образом, на серой лесной почве Опольной зоны урожайность ярового ячменя в меньшей мере зависит от приёма и глубины основной обработки, а в большей степени определяется метеорологическими условиями вегетационного периода.

5. Экономическая и энергетическая эффективность

Наши расчеты показали, что применение под яровой ячмень ежегодной поверхностной обработки на 6-8 и плоскорезной на 20-22 см, вместо отвальной вспашки на ту же глубину, снижает расход горючего на 6,4 и 3,7%. Применение поверхностной и плоскорезной обработки на серой лесной почве повышает рентабельность производства зерна ячменя на 2,8 и 3,9 % соответственно, относительно контроля (34,3%). При этом коэффициент энергетической эффективности был выше на поверхностной обработке на 6-8 см (1,67) и плоскорезной (1,72) по сравнению со вспашкой (1,41).

ВЫВОДЫ

1. В связи с переходом на ресурсосберегающие агротехнологии было установлено, что применение поверхностной обработки в сочетании с интегрированной защитой растений обеспечивает улучшение фитосанитарного состояния посевов и сохранение исходного уровня плодородия почвы не снижая урожайности ярового ячменя.

2. Разные по способу, глубине приемы основной обработки наиболее сильно изменяют сложение корнеобитаемого слоя лишь в начальный период их применения. В дальнейшем плотность почвы под действием природных и антропогенных факторов стремится к своему равновесному состоянию, которая для серой лесной почвы с содержанием гумуса 2,5% составляет для слоя 0-10 см - 1,32-1,36; слоя 10-20 см - 1,38-1,40 и для слоя 20-30 см - 1,43-1,45 г/см³.

3. Уровень влагообеспеченности растений ячменя в значительной степени определяется запасами продуктивной влаги в метровом слое почвы, накопленными в осеннее-весенний период (209,6-249,1 мм). Вспашка на 20-22 см и периодически двухъярусная обработка на 28-30 см обеспечивает запасы доступной влаги перед посевом на уровне 209,6-201,7 мм, а поверхностная обработка - 204,8 мм.

4. Увеличение интенсивности механического воздействия на почву при ежегодной вспашке на 20-22 см, а также ее сочетание с периодической двухъярусной и чизельной обработкой приводит к разрушению почвенной структуры как в пахотном (0-22 см), так и в корнеобитаемом (0-30 см) слое, что проявляется в уменьшении на 6-8% содержание агрономически ценных и на 9-10% водопрочных агрегатов размером 0,25-10 мм.

5. Поверхностная и плоскорезная обработки приводят к резкой дифференциации корнеобитаемого слоя по плодородию с более высоким содержанием азота (5,6 мг/кг почвы), подвижного фосфора (244 мг/кг почвы) и обменного калия (168 мг/кг почвы) в верхнем 0-10 см слое по сравнению с ежегодной отвальной обработкой на 20-22 см.

6. В условиях применения разных по интенсивности приемов основной обработки, потребление элементов питания растениями ячменя тесно связано с глубиной заделки растительных остатков многолетних трав. При отвальной обработке потребность в элементах питания на 16,3% удовлетворяется за счет слоя 0-10 см, 32,4% - слоя 10-20 см и 51,3% -слоя 20-40. При поверхностной - 43,9, 21,4 и 34,7%, а при ее сочетании с двухъярусной вспашкой - на 12,2, 54,0 и 33,7% соответственно.

7. Поверхностные приемы обработки обуславливают выровненное распределение подвижного фосфора (258-238 мг/кг почвы) по метровому слою почвы с более высоким содержанием в слое 0-10 см (286 мг/кг почвы), а отвальные и двухъярусные - дифференцированное с более высоким (256 мг/кг почвы) его содержанием в слое 20-40 см и более низким в слоях 0-10 см (206 мг/кг почвы) и 40-100 см (165-140 мг/кг почвы). По содержанию обменного калия выделяются две зоны с высокими содержанием, которые при отвальной обработке приурочены к слоям 0-20 см (221 мг/кг почвы) и 60-80 (252 мг/кг почвы), а при поверхностной - 0-10 см (232 мг/кг почвы) и 40-60 (212 мг/кг почвы) соответственно.

8. Установлено, что интенсивность разложения целлюлозы обусловлена приемом основной обработки почвы, наиболее активный распад клетчатки (36,2 % в слое 0-20см) отмечен на варианте ежегодной отвальной вспашки. Максимальные показатели ферментативной активности каталазы (2,8 мл О₂/г почвы в минуту) и биологической активности (по скорости разложения мочевины в почве - рН 10) отмечены на фонах, обработанных на глубину 20-22 см.

9. Приемы основной обработки не оказывали существенного влияния на густоту всходов ячменя и его урожайность, которая в большей степени зависела от метеорологических условий вегетационного периода и колебалась от 2,04 до 2,75 т/га. В острозасушливые годы преимущество было за глубокими обработками (прибавка - 0,19-0,29 т/га), а в годы умеренного и избыточного увлажнения за более мелкими обработками (+0,17 т/га).

10. Расчеты экономической и энергетической эффективности при возделывании ячменя показывают, что наиболее экономически выгодным в районе Владимирского ополья является применение поверхностной обработки на глубину 6-8 см, которая обеспечивает уровень рентабельности в 37,9% при расходе горючего 43,2 кг/т зерна. Коэффициент энергетической эффективности составляет 1,67 на поверхностной обработке, что сравнительно выше, чем при отвальной вспашке на 20-22 см (1,41).

Рекомендации производству

На серой лесной среднесуглинистой почве с мощностью пахотного слоя 25-30 см и содержанием гумуса 2,3-2,5% в зернотравяном севообороте с двумя полями многолетних трав в системе основной обработки под ячмень эффективно применять поверхностную обработку на глубину 6-8 см или плоскорезную на 20-22 см, что повышает на 20-25% биогенность пахотного слоя, повышает на 10-12% влагообеспеченность растений, улучшает на 8-10% структурное состояние почвы, стабилизирует урожайность на уровне 2,24-2,32 т/га в экстремальные по метеорологическим условиям годы и снижает затраты на 17%, при сохранение исходного уровня плодородия.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Зинченко, С.И. Развитие корневой системы зерновых культур в агроэкосистемах на серой лесной почве / С.И. Зинченко, Д.А. Талеева, А.А. Безменко, И.М. Щукин // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - №4. - С. 20-22.

2. Зинченко, С.И. Формирование объемной массы серой лесной почвы в зависимости от антропогенного влияния в агроэкосистемах / С.И. Зинченко, А.А. Безменко, И.М. Щукин, Д.А. Талеева// Достижения науки и техники АПК. - 2013. - №4. - С. 11-13.

Статьи в сборниках научных трудов и материалах конференций

3. Зинченко, В.С. Влияние техногенеза в агросистеме на запасы продуктивной влаги серой лесной почвы / В.С. Зинченко, Д.А. Талеева, А.А. Безменко // Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса. Т.1. - Иваново, 2009. - С. 47 - 50.

4. Зинченко, В.С. Оптимальная плотность серых лесных почв / В.С. Зинченко, Д.А. Талеева, А.А. Безменко// Актуальные проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса. Т.1. - Иваново, 2009. - С. 50 - 53.

5. Талеева, Д.А. Антропогенное влияние на водный режим серых лесных почв в условиях их неоднородности / Д.А. Талеева, А.А. Безменко, В.С. Зинченко, // Эрозия почв: проблемы и пути повышения эффективности растениеводства. - Ульяновск, 2009. - С. 115 - 118.

6. Zinchenko, S.I. Effektywnosc systemu podstawowej uprawy szarej gleby lesnej pod zyto ozime / S.I. Zinchenko, A.A. Bezmenko, D.A. Taleeva// Problemy intensyfikacji produkcji zwierzecej z uwzglednieniem poprawy strurtury obszarowej gospodarstw rodzinnych, ochrony srodowiska i standardow ue: XVII miedzynarodowa konferencij naukowa (20-21 wrzesnia) / Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach Oddzial w Warszawie. - Warszawa, 2011. - P. 308-311.

7. Талеева, Д.А. Влияние основной обработки почвы под ячмень в условиях почвенной неоднородности серых лесных почв / Д.А. Талеева, А.А. Безменко // Владимирский земледелец. - 2011. - №4. - С. 22-23.

8. Талеева, Д.А. Влияние основной обработки почвы на агрофизические свойства в условиях Владимирского ополья /Д.А. Талеева // Доклады ТСХА: Сборник статей. Вып. 284. Частья I. - М.: Изд. РГАУ-МСХА, 2012. - С. 121

9. Зинченко, С.И. Оценка влияния приемов основной обработки на водно - физические, эколого - биологические свойства серой лесной почвы / С.И. Зинченко, М.К. Зинченко, А.А. Безменко, Н.П. Бучкина, Д.А. Талеева // Экологические аспекты производства продукции животноводства; снижение отрицательного воздействия химически активного азота на окружающую среду в сельскохозяйственном производстве; полевые исследования для устойчивого развития сельских территорий: международный агроэкологический форум (21-23 мая): материалы в трех томах /СЗ НИИ МЭСХ. - С-Петербург, 2013. - Т.3. - С. 213-218.

10. Зинченко, С.И. Эколого - биологические свойства сельскохозяйственной почвы в зависимости от приемов основной обработки / С.И. Зинченко, А.А. Безменко, Н.П. Бучкина, Е.Я. Рижая, Д.А. Талеева // Проблемы интенсификации животноводства с учетом пространственной инфраструктуры и охраны окружающей среды: монография под ред. В. Романюк. - Варшава, 2013. - С. 298-302.

11. Зинченко, С.И. Действие приемов основной обработки почвы под яровой ячмень на динамику агрохимических показателей плодородия почвы/ С.И. Зинченко, М.А. Мазиров, Н.С. Матюк, Д.А. Талеева // Проблемы интенсификации животноводства с учетом пространственной инфраструктуры и охраны окружающей среды: монография под ред. В. Романюк. - Варшава, 2013. - С. 308-311.

Размещено на Allbest.ru

...