Эколого-биологические особенности агрофитоценозов озимой ржи в зависимости от применения средств интенсификации в южной лесостепи Омской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Эколого-биологические особенности агрофитоценозов озимой ржи в зависимости от применения средств интенсификации в южной лесостепи Омской области

специальность 03.00.16 - Экология

Ложкина Наталья Ивановна

Омск-2006

Работа выполнена в Омском государственном педагогическом университете на кафедре экологии и охраны окружающей среды и в Сибирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства (СибНИИСХ) СО РАСХН

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, Леонид Витальевич Юшкевич

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Николай Алексеевич Калиненко;

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик международной академии экологии и безопасности (МАНЭБ) Леонид Владимирович Березин

кандидат биологических наук, доцент Рафаил Гарифович Зарипов

Ведущая организация - Новосибирский государственный аграрный университет

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время при выращивании продовольственного зерна доминирующая роль принадлежит одновидовым посевам, понижающим устойчивость агрофитоценозов к неблагоприятным погодным условиям и другим факторам внешнего воздействия. Современные агроэкосистемы по сравнению с природными биоценозами характеризуются нестабильностью и пониженной способностью противостоять сорнякам, вредителям и болезням, потери урожая от которых только в Омской области достигают 30-40% или около 1,0 млн. тонн зерна. В этой связи важнейшим условием более эффективного использования и увеличения продуктивности агроценозов - повышение их экологической устойчивости.

Важнейшее значение в зерновом балансе региона отводится озимым культурам, площадь которых в Омской области составляет более 30 тыс. гектаров. Озимая рожь по своим биологическим особенностям способна рационально использовать невегетационные осадки и является засухоустойчивой культурой, что связано с развитием корневой системы и ранним весенним пробуждением по сравнению с яровыми. Увеличение озимых культур в севооборотах облегчает борьбу с сорняками за счёт быстрого отрастания, хотя проблема, особенно с корнеотпрысковыми видами, до конца не решается.

Опыт мирового земледелия показывает, что без освоения интенсивных технологий выращивания озимых культур повысить их продуктивность невозможно. В то же время, длительное антропогенное воздействие на биоэкосистему приводит к количественным и качественным изменением баланса биогенных элементов в почвах, агроценозе и конечной продукции. Важнейшей проблемой современного земледелия является регулирование биологического круговорота веществ в агроценозах. Проследить направленность данных изменений без экологического мониторинга невозможно.

Переход к агроландшафтным системам земледелия создаёт условия для оптимального экологически и экономически обоснованного использования природных и антропогенных ресурсов, применения природоохранных энергосберегающих технологий возделывания культур, средств интенсификации, получения высоких устойчивых урожаев и экологически чистой сельскохозяйственной продукции (Абрамов и др., 1998, Кирюшин, 2000).

Цель работы: изучить эколого-биологические особенности агрофитоценозов озимой ржи (сорт Сибирь) в зависимости от длительного (27 лет) применения антропогенных факторов - приёмов основной обработки почвы и средств интенсификации в южной лесостепи Омской области.

Задачи исследования:

1. Выявить экологобиологические особенности и закономерности роста и развития растений озимой ржи в осенний и весенне-летний периоды.

2. Определить изменение количественных и качественных параметров сорного компонента и фитосанитарного состояния агрофитоценоза посевов озимой ржи в зависимости от применения почвоохранных приёмов обработки почвы и средств интенсификации.

3. Установить влияние почвоохранных приёмов обработки чернозёмных почв и рационального применения средств интенсификации на изменение элементов структуры урожая, продуктивности и качества зерна озимой ржи сорта Сибирь.

4. Изучить экологическое состояние верхнего слоя выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) вследствие длительного воздействия антропогенных факторов.

Объектом исследования является озимая рожь (сорт Сибирь) селекции СибНИИСХ патент № 0594 выдан 1999 г.

Научная новизна работы. На основании комплексных исследований установлены количественные и качественные изменения агрофитоценоза посевов озимой ржи при длительном (27 лет) воздействии антропогенных факторов - почвоохранных приёмов обработки почвы и интенсивных технологий выращивания культуры. Выявлена зависимость между технологиями обработки чернозёмных почв и средствами интенсификации, с одной стороны, продуктивностью и качеством зерна озимой ржи - с другой. Установлены экологические последствия и состояние выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) при применении рекомендуемых технологий.

Теоретическая и практическая значимость работы. Проведённые комплексные исследования обосновали и подтвердили, что применение почвоохранных ресурсосберегающих технологий возделывания озимой ржи при применении средств интенсификации способствует более рациональному использованию и воспроизводству основных элементов плодородия чернозёмных почв и созданию устойчивых агроценозов озимой ржи сорта Сибирь. Рекомендуемые технологии не вызывают негативных экологических последствий в верхнем слое чернозёмных почв и конечной продукции (зерно).

Положения, выносимые на защиту:

1.Эколого-биологические особенности и закономерности роста и развития растений озимой ржи сорта Сибирь в осенний и весенне-летний периоды в лесостепных агроландшафтах Омской области более выражены, чем у других зерновых культур.

2.Агроэкологическая оценка и состояния элементов плодородия чернозёмных почв, особенности изменения сорного компонента и фитосанитарного состояния агрофитоценоза озимой ржи при длительном воздействии антропогенных фактов определяется приёмами обработки почвы и применением средств интенсификации.

3.На продуктивность и качество зерна озимой ржи сорта Сибирь, оказывает влияние ресурсосберегающие приёмы обработки чернозёмных почв и рациональное применение средств интенсификации.

4.Повышается экологическая устойчивость верхнего слоя выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) в результате длительного воздействия антропогенных факторов при выращивании озимой ржи.

Апробация работы. Основные положения работы и полученные результаты исследования были раскрыты на Международных и региональных конференциях: «Успехи современного естествознания» (27-29 сентября, г. Москва, 2005); «Экология Омской Области». По материалам научно практической конференции с участием зарубежных учёных (28 мая, г. Омск, 2005 (г. Тара, г. Прешов)); 1 международная научно-практическая конференция «Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития» (март, г. Ишим, 2006); «Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно - Сибирского региона» (апрель, г. Омск, 2006); региональная научно - практическая конференция «ХV Ершовские чтения» (март, г. Ишим, 2006); «Омская биологическая школа» (г. Омск, 2006); Фундаментальные исследования «Академия Естествознания» (г. Москва, 2006); «Омский научный вестник» (г. Омск, 2006); «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность» Материалы международной научной конференции (г. Санкт-Петербург, 2006); «Естественные науки и экология» (г. Омск, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей. Общим объёмом 1,86 п.л.

Структура диссертации. Диссертация изложена на 1 страницах машинописного текста, включая 20 таблиц, 15 рисунков и 33 приложения. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 214 источников, в том числе 9 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, объект и методика проведения исследований

Исследования проводились в 2003-2005 гг. на опытных полях лаборатории земледелия чернозёмной лесостепи ГНУ СибНИИСХ, размещённых на территории ГУСП ОПХ «Омское» Омской области в четырёхпольном зернопаровом севообороте с чередованием культур: пар - озимая рожь - твёрдая пшеница - овёс.

В опытах использовался районированный сорт озимой ржи Сибирь селекции СибНИИСХ. Сорт среднеспелый, созревает в течение 331-340 дней. Характеризуется повышенной устойчивостью к полеганию. Засухоустойчив, особенно в первой половине вегетации, обладает высокой зимостойкостью. При уборке всех культур в севообороте солома измельчалась и разбрасывалась по полю.

Для выполнения поставленных задач осуществлялись исследования в двухфакторном длительном стационарном опыте (1978 г).

Целью стационарного опыта предусматривалось изучить эколого-биологические особенности агрофитоценозов посевов озимой ржи (сорт Сибирь) в зависимости от длительного применения различных приёмов обработки почвы и средств интенсификации в южной лесостепи Омской области.

В паровом поле под озимую рожь исследовались три варианта основной обработки почвы по степени интенсивности воздействия: отвальный, комбинированный и минимальный.

Методом расщепленных делянок накладывались варианты (фоны) со средствами интенсификации:

1. Контроль (без средств химизации).

2. Гербициды (Г).

3. Удобрения и гербициды (У+Г).

4. Удобрения, гербициды и ретарданты (У+Г+Р).

5. Удобрения, гербициды, ретарданты и азотная подкормка (У+Г+Р+N₄₀).

6. Удобрения, гербициды, ретарданты, фунгициды и азотная подкормка (У+Г+Р+Ф+N₄₀), или комплексная химизация (К.Х.).

7. Удобрения, гербициды, фунгициды (осенью) (У+Г+Ф ос.).

В вариантах с гербицидами применялся препарат Секатор (200 г/га). Обработка посевов гербицидом проводилась весной в фазу полного отрастания с нормой расхода 150-200 л/га. В вариантах с удобрениями вносился суперфосфат в пару Р₆₀. В качестве ретарданта применялась баковая смесь ТУР с кампозаном (4+1 л/га) в фазу выхода в трубку. Из фунгицидов применялся Фалькон (0,6 л/га).

Площадь делянок первого порядка (обработка почвы) - 4312 м² (308 м х 14 м); второго порядка (химизация) - 308 м² (22 м х 14 м). Повторность опыта четырёхкратная, размещение делянок двухъярусное систематическое.

В процессе выполнения данной работы использовались стандартные методики представленные в следующих работах: «Агрофизические методы исследования почв» (1966); Б.А. Доспехов и др. (1977); А.В. Соколов и др. (1965); В.Ф. Купревич (1951); Т.В. Аристовская (1962); «Методические указания к практическим занятиям по методике опытного дела» (1974); «Минимализация обработки почвы» (методические рекомендации, 1985); И.Б. Ревут (1972); «Методика и техника учета сорняков» (1969); В.А. Чулкина (1987); Н.А. Качинский (1965); Е.И. Шиятый (1970); А.А. Роде (1969); «Агрохимические методы исследования почв» (1975); «Определение гумусового состояния почв по Б.А. Барановской» (1988).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эколого-биологические особенности озимой ржи (сорт Сибирь)

Озимая рожь мало требовательна к гранулометрическому и химическому составу почвы. Она может давать высокие урожаи и на более тяжелых и более легких почвах, хорошо выдерживает повышенную кислотность, а также некоторую засоленность почвы. Лучшими почвами для нее считаются черноземы. Озимая рожь лучше других злаков усваивает фосфорную кислоту из фосфоритов. Ценной биологической особенностью озимой ржи является ее засухоустойчивость, способность к энергичному кущению и подавлению сорняков. Мало требовательна к теплу. Ее семена начинают прорастать уже при 1-2⁰ тепла (Кожевников и др., 1958г). Всходы появляются через 4-7 дней после посева, в зависимости от влажности почвы, температуры, глубины заделки семян. Появления всходов на поверхности почвы происходит при 4-5⁰С. Оптимальная температура прорастания семян 25-30⁰С. В бесснежные зимы может переносить в зоне узла кущения морозы до 20-35⁰С. Благодаря своей мощной, быстро растущей корневой системе, озимая рожь легче использует влагу из более глубоких слоев почвы и проявляет меньшую чувствительность к пониженному плодородию почвы. Корни растения способны проникать на глубину 1,5-2 м. Стебель - полая соломина высотой в среднем 110-180 см, имеет 3-6 узлов. Лист состоит из влагалища и линейно-ланцетной листовой пластинки, зелёной или сизо-зелёной, матовой от воскового налёта. Соцветие - сложный колос. Плод - зерновка. Рожь - перекрестноопыляющееся растение. Для нормального опыления растений требуется сухая теплая погода со слабыми ветрами. При дожде или сильных ветрах рожь плохо опыляется и в колосьях остаются неоплодотворенные, не дающие зерен цветки. Через месяц после цветения наступает молочная спелость, через неделю - восковая, через 2 недели после молочной спелости - полная. Продолжительность вегетационного периода больше чем у яровых и в среднем составляет до 300-350 дней (Вавилов и др., 1979; Озимая рожь (интенсивная технология), 1988).

Уборка урожая проводится обычно раздельным способом в конце восковой или начале полной спелости зерна, которая в условиях Сибири наступает обычно в конце июля - первой декаде августа.

Экологические свойства почвы

Важное значение среди почвенных условий жизни растений имеет плотность верхнего слоя почвы. Установлено, что только при оптимальной плотности семена лучше поглощают воду, набухают, дружно прорастают и обеспечивают получение более высокого урожая.

Применение почвоохранной ресурсосберегающей мелкой плоскорезной обработки парового поля оптимизирует плотность верхнего (0-30 см) слоя чернозёмных почв (1,13-1,20 г/см³), повышает количество агрономически ценных агрегатов (более 70%) и коэффициент структурности (2,1-2,3) относительно энергоёмкой эрозионно опасной обработки почвы. Применение средств интенсификации не оказало существенного влияния на агрофизические параметры верхнего слоя выщелоченного чернозёма.

Вода является главным фактором жизни растений. Все жизненные процессы в растениях протекают при достаточном их снабжении водой в течение всего вегетационного периода. Водный режим почвы определяется свойствами самой почвы, условиями климата и погоды региона, характером природных растительных формаций. Актуальными остаются вопросы влияния различных режимов увлажнения почвы на мобилизацию почвенного плодородия, водопотребления озимой ржи в зависимости от воздействия антропогенных факторов.

Изучаемые варианты, заложенные в длительном стационарном опыте

(27 лет), позволили проанализировать изменения влагообеспеченности почвы. В годы исследований запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы перед посевом культуры изменялись от 89 до 122 мм (табл. 1).

Таблица 1.

Влияние запасов продуктивной влаги в почве (в слое 0-100 см) в агрофитоценозе озимой ржи в зависимости от технологии выращивания (среднее за 2002-2005 гг.), мм

Приёмы обработки почвы	Уровень интенсификации	Среднее по обработке
	Контроль (без средств химизации)	Интенсивная технология
перед посевом	по обработке Fф < F05
Отвальная	97	109	103
Комбинированная	101	112	106
Минимальная	89	122	106
Среднее по химизации НСР05= 12	96	114	-
для частных средних НСР05= 20,4
перед уходом в зиму	по обработке Fф < F05
Отвальная	114	118	116
Комбинированная	109	124	116
Минимальная	109	119	114
Среднее по химизации НСР05 = 7	111	120	-
для частных средних НСР05 = 12
в фазу выхода в трубку - стеблевания	по обработке Fф < F05
Отвальная	141	153	147
Комбинированная	134	156	145
Минимальная	140	156	148
Среднее по химизации НСР05 = 8	138	155	-
для частных средних НСР05 = 14
уборка	по обработке Fф < F05
Отвальная	81	79	80
Комбинированная	68	93	81
Минимальная	69	99	84
Среднее по химизации НСР05 = 9	73	90	-
для частных средних НСР05 = 15

В целом за период исследований определение запасов продуктивной влаги в метровом слое при посеве показало, что наибольшие запасы влаги отмечены на комбинированной обработке почвы - 101 мм. Это объясняется тем, что при рыхлении, особенно во влажные годы, за счёт оптимального строения пахотного слоя складываются лучшие условия для накопления влаги в осенне-весенний период.

Перед уходом в зиму, в среднем за три года, уровень влагообеспеченности культуры можно охарактеризовать как удовлетворительный. Незначительное влияние на запасы влаги в этот период в варианте без применения средств интенсификации оказала отвальная обработка с разницей 5% к плоскорезному и минимальному вариантам, благодаря более интенсивному усвоению осенних осадков в 2002 и 2003 гг.

Запасы продуктивной влаги в фазу выхода в трубку озимой ржи по всем вариантам оценивались как хорошие и составляли от 134 до 156 мм, то есть находились в пределах 84-98% от наименьшей влагоёмкости (НВ).

Значительное снижение запасов продуктивной влаги перед уборкой в контрольном варианте объясняется большим непроизводительным расходом влаги сорной растительностью.

Таким образом, влагообеспеченность культуры была благоприятной в предпосевной и предзимний периоды. К периоду трубкования озимой ржи запасы почвенной влаги пополнились за счёт зимне-весенних осадков и характеризовались как высокие. Дожди в июне и июле обеспечивали культуру влагой на достаточном уровне. Рациональное применение средств интенсификации способствовало повышению влагообеспеченности культуры на 9-18 мм при более экономном водопотреблении на создание 1 т зерна озимой ржи. По данной технологии водопотребление 1 т зерна снижалось относительно контроля со 179 до 110 мм или в 1,6 раза.

Питательные вещества - один из важнейших факторов жизни растений. Озимая рожь отзывчива на улучшение условий минерального питания. Максимальное поглощение питательных веществ наблюдается в фазу кущения и выхода в трубку, когда у растений происходит формирование колосков - к этому периоду приурочивают азотную подкормку ржи.

Особенности роста озимой ржи в осенний период отражают специфику ее питания, и получение высоких урожаев ржи без применения удобрений не представляется возможным. С повышением урожайности культуры увеличивается и вынос питательных веществ из почвы.

Азот - один из основных элементов, необходимых для растений. Минеральные соединения азота почв представлены нитратами, нитритами, обменным и фиксированным аммонием. Содержание всех форм минерального азота в пахотном слое почв составляет в среднем 5-7% от общего азота.

Установлено, что уровень содержания нитратного азота в слое 0-20 см весной перед посевом озимой ржи или поздно осенью перед уходом в зиму является диагностическим показателем обеспеченности растений азотом (Гамзиков, 1984). Содержание и запасы нитратного азота в почве зависят от условий увлажнения, температуры, запасов гумуса и азота, обработки почвы, применения минеральных и органических удобрений и других агротехнических приемов.

Исследования показали, что содержание нитратного азота изменялось в зависимости от основной обработки почвы и применения средств интенсификации (табл. 2).

При ежегодной поверхностной, плоскорезной обработке большая часть органической массы остаётся в слое 0-10см, а при ежегодной и периодической вспашке растительные остатки равномерно распределяются по 20-ти сантиметровому слою почвы. При большей глубине обработки на отвальном фоне усиливается аэрация почвы в глубоких слоях, в результате нитрификация идёт интенсивнее.

Таблица 2.

Содержание нитратного азота (N-NO₃) в почве под озимой рожью в зависимости от приёмов обработки почвы и применения средств интенсификации (среднее за 2002-2005 гг.)

Обработка почвы	Контроль (без средств химизации)	Интенсивная технология	Среднее по обработке
	в слое 0-40 см, мг/кг	в слое 0-100 см, кг/га	в слое 0-40 см, мг/кг	в слое 0-100 см, кг/га	в слое 0-40 см, мг/кг	в слое 0-100 см, кг/га
Перед посевом
Отвальная	33,4	134	62,1	197	47,7	166
Комбинированная	45,6	162	46,1	157	45,8	159
Минимальная	35,4	121	49,3	159	42,4	140
Среднее по химизации	38,1	139	52,5	171	-	-

агрофитоценоз рожь интенсификация

На безотвальных вариантах микробиологическая деятельность снижается и азотный режим почвы в период весеннего отрастания культуры заметно ниже, чем на отвальном варианте обработки почвы. При интенсивной технологии выращивания содержание нитратного азота в верхнем (0-40 см) слое повышается относительно контроля, в зависимости от фазы развития озимой ржи в среднем на 14-39%. В том числе при посеве в среднем на 14,4 мг/кг (37,8%), в фазу выхода в трубку - на 2,7 мг/кг (13,6%) и уборке - на 1,9 мг/кг или 25,7%.

Фосфор - важнейший элемент в создании урожая зерна озимой ржи, он играет значительную роль в процессах обмена энергии и веществ в растительных организмах, начиная с процесса фотосинтеза.



Рисунок 1. Содержание подвижного фосфора (Р₂О₅) в почве (в слое 0-20 см) под озимой рожью в зависимости от основной обработки почвы и применения средств интенсификации (среднее за 2002-2005 гг.)

При систематическом внесении фосфорсодержащих удобрений в течение четырёх ротаций севооборота обеспеченность растений подвижным фосфором, не зависимо от вариантов обработки почвы, складывалась на среднем и высоком уровне. Содержание подвижного фосфора слабо зависело от приёма обработки почвы. На контроле (без интенсификации) при посеве на энергоемкой обработке почвы в слое 0-20 см содержалось 123 мг/кг Р₂О₅, а на комплексной химизации, при систематическом внесении фосфорных удобрений - 252 мг/кг, то есть было больше чем на контроле в 2 раза, что улучшало условия фосфорного питания озимой ржи. В фазу выхода в трубку на контроле содержание Р₂О₅ было меньше, чем на комплексной химизации на 66 мг/кг при некотором снижении на минимальной обработки почвы. Аналогичная закономерность сохранилась к уборке культуры (рис. 1).

В целом на фоне рационального систематического внесения фосфорных удобрений содержание подвижного фосфора в почве повышалось почти в 2 раза, что способствовало улучшению условия фосфорного питания растений озимой ржи.

Калий - также необходимый элемент питания растений. В зерне его содержится около 0,5-0,6%, а в соломе 0,8-1,5 %. Важным критерием оптимальности калийного режима почвы является экологический. Он основывается на экологическом равновесии, определяемом степенью выщелоченных биогенных элементов в почве в результате применения удобрений. При нормах, превышающих вынос элемента с урожаем, возрастает выщелачивание и непродуктивное использование калия до момента восстановления экологически оптимального равновесия.

На контроле при посеве (без средств интенсификации) содержание подвижного калия в среднем составляло 30,8 мг/кг, а в вариантах комплексной химизации 33,6 мг/кг, то есть было несколько выше (на 9,1%), аналогичная закономерность сохранялась до уборки культуры. Небольшое повышение содержания К₂О по сравнению с почвоохранными вариантами обработки почвы отмечалось на фоне с ежегодной вспашкой в период посева (на 8 % в контроле и на 15 % в комплексной химизации).

Следовательно, рациональное систематическое применение минеральных удобрений способствует улучшению азотно-фосфорного питания растений озимой ржи при воспроизводстве почвенного плодородия и повышения продуктивности культуры.

Засорённость агрофитоценоза

Защита посевов зерновых культур от сорной растительности - одна из основных проблем Омской области, где потери только от сорняков достигают 25-30% от общего урожая (Милащенко, 1978).

Под фитосанитарным состоянием почвы понимают наличие в почве семян, вегетативных органов размножения сорняков, вредителей, болезнетворных начал, а также токсических веществ, выделяемых растениями, ризосферной микрофлорой и продуцентами разложения (Абрамов, и др. 1998).

Сорняки являются основными конкурентами культурных растений в потреблении воды, элементов питания, света. При высокой засоренности агроценоза зерновых сорняки расходуют в отдельные периоды вегетации продуктивной влаги в 1,5-2 раза больше культурных растений, что особенно губительно в засушливых условиях.

Защита посевов от сорняков и болезней - один из основных путей экономии энергетических ресурсов и повышения продуктивности зерновых культур, что приобретает особое значение при освоении почвоохранных приемов обработки почвы при интенсификации земледелия.

За период исследований количество сорняков на 1 м² варьировало в зависимости от вариантов от 2 до 81 шт/м². При отвальной обработке почвы снижение числа сорняков отмечалось в сравнении с минимальным вариантом. Достоверное снижение к контролю численности сорняков отмечалось во всех вариантах с применением гербицидов и в сочетании с другими средствами интенсификации. При этом в видовом составе преобладали устойчивые к 2,4-Д сорняки - подмаренник цепкий, липучка ежевидная, пикульник (рис. 2). Корнеотпрысковые сорняки, как правило, встречались только на контроле (без применения средств интенсификации).

Рисунок 2. Уровень засорённости посевов озимой ржи в зависимости от вариантов основной обработки почвы и средств интенсификации (среднее за 2003-2005 гг.)

Засорённость и видовой состав сорного компонента в посевах озимой ржи во многом определялись приёмом основной обработки почвы, уровнем применения средств интенсификации и метеорологическими условиями. Рациональное применение гербицидов позволило, в зависимости от приёмов обработки почвы, уменьшить численность сорняков в агрофитоценозе озимой ржи в 4,5-6,6 раза, а биомассу - в 5,0-7,4 раза с преобладанием на почвозащитных вариантах малолетних двудольных и устойчивых к 2,4-Д (в основном, подмаренник цепкий).

Развитие и вредоносность листостебельных заболеваний

Среди возбудителей болезней растений самую большую группу патогенов составляют микроскопические грибы. Грибы вызывают различные внешние признаки проявления болезней. На пораженных грибами листьях, стеблях и других органах растений возникают различного цвета налеты. Это - результат поверхностного развития грибницы гриба и конидиального спороношения. На листьях можно наблюдать и такой тип заболевания, как пятнистость. Инфекции редко вызывают гибель растений, но приводят к снижению их продуктивности. Как показали наблюдения, несмотря на относительную засушливость климата (300-400 мм осадков, за вегетационный период - 190-220 мм), проявление наиболее вредоносных грибных болезней отмечается практически ежегодно. Из воздушно-капельных инфекций озимой ржи наиболее распространены мучнистая роса, бурая (стеблевая) ржавчина и септориоз.

В годы эпифитотий применение системного фунгицида способствует снижению инфицированности посевов и обеспечивает существенную (до 0,4 т/га) прибавку качественного зерна без заметных различий по вариантам обработке почвы.

На протяжении всего жизненного цикла растений наблюдаются значительные изменения в формировании вегетативных и генеративных органов. Весь жизненный цикл растений зерновых культур, в том числе и озимой ржи, разделён на этапы органогенеза. Каждому этапу соответствует определённая фаза развития растения. У злаковых растений в процессе роста и развития отмечается несколько фенологических фаз, связанных с морфологическими изменениями органов: прорастание семян, всходы, кущение, выход в трубку, колошение, цветение, образование семян (Мартынов и др., 1988).

Урожайность культуры предопределяется следующими показателями: полевой всхожестью семян, сохранностью растений после перезимовки, продуктивной кустистостью, числом растений на единице площади, количеством колосков в колосе, числом зёрен в нём, массой зерна с одного колоса, и массой 1000 зёрен (Пруцков и др., 1990).

Исследования показали, что на формирование урожая озимой ржи сорта Сибирь основное влияние оказывают: погодные условия за период вегетации, перезимовка растений, степень и видовой состав засорённости посевов, поражение злаковых вредителями и болезнями, а также антропогенные факторы (длительное (27 лет) применение различных приёмов обработки почвы различной интенсивности и средств химизации) (табл. 3).

Установлено, что в вариантах с применением средств комплексной интенсификации биометрические показатели культуры по вариантам обработки почвы в целом отличались незначительно. В варианте с ежегодной отвальной обработкой полевая всхожесть семян составила 79,2 %, что на 3,6-4,4 % больше, чем при комбинированной и минимальной системах обработки почвы. Количество растений на единице площади перед уборкой в варианте с отвальной обработкой было выше на 5,0 % и 3,4 % соответственно, по сравнению с комбинированной и минимальной. Рациональное применение средств интенсификации при выращивании озимой ржи оказывало положительное влияние на формирование элементов структуры урожая культуры. Относительно контроля (без интенсификации) на данном варианте отмечалось повышение массы снопа (на 36 %), продуктивной кустистости до 3,2 (на 28%), числа продуктивных стеблей до 492 шт/м² (на 37 %), длины колоса до 9,9 см (на 4%), числа члеников в колосе до 24 шт (на 6%), озернённость колоса до 36,4 (на 7%), веса зерна 1 растения до 1,52 г (на 15%), массы 1000 зёрен до 38,5 г (на 8%), что оказало влияние на урожайность зерна озимой ржи. Наибольшее влияние на продуктивность культуры оказало количество продуктивных стеблей на единице площади (r=0,67).

На формирование зерна озимой ржи оказывали влияние приёмы обработки парового поля, средства интенсификации и гидротермические условия вегетационного периода. В целом, без применения средств интенсификации уровень урожайности зерна озимой ржи сорта Сибирь составил 3,27-3,35 т/га без существенных различий по вариантам подготовки пара.

Наибольшее увеличение урожайности в варианте с применением удобрений и гербицидов отмечалось при отвальной системе обработки почвы - на 0,91 т/га (27,2%), при комбинированной и минимальной системах обработке она составляла соответственно 0,44 т/га (13,4%) и 0,58 т/га (17,7%) (рис. 3).

Таблица 3

Структура урожая озимой ржи в зависимости от обработки почвы и средств химизации (среднее за 2003-2005 гг.)

Вариант обработка почвы	Вес снопа без корней, г.	Число	Высота растений, см	Длина колоса, см	Число	Вес зерна одного растения, г.	Масса 1000 семян, г.	Коэффициент продуктиной кустистости
		растений шт. на 1м2	стеблей шт. на 1м2	продук- тивных стеблей, шт. на 1м2			члеников, шт.	зёрен одного растния, шт.
Контроль
Отвальная	290	156	429	381	96	9,5	22	33	1,32	36,2	2,4
Комбинированная	259	154	389	352	98	9,5	23	35	1,34	35,0	2,3
Минимальная	231	124	397	347	100	9,4	23	34	1,29	35,5	2,8
Среднее	260	145	405	360	98	9,5	22,7	34	1,32	35,6	2,5
Удобрения + Гербициды
Отвальная	316	180	509	465	102	10,2	23	36	1,51	37,2	2,6
Комбинированная	319	165	521	467	107	9,6	24	36	1,52	36,4	2,8
Минимальная	329	133	469	418	105	9,7	23	35	1,45	36,7	3,1
Среднее	321	159	499	450	105	9,8	23,3	36	1,49	36,7	2,8
Комплексная химизация
Отвальная	368	171	541	513	97	9,8	24	36	1,46	38,0	3,0
Комбинированная	338	147	527	473	97	10,0	24	37	1,54	38,5	3,2
Минимальная	355	145	571	491	96	10,0	24	36	1,55	38,9	3,4
Среднее	354	154	546	492	97	9,9	24	36,4	1,52	38,5	3,2
НСР05	19	8	27	24	-	-	-	-	0,14	0,9	-

Рисунок 3. Урожайность зерна озимой ржи сорта Сибирь в зависимости от основной обработки почвы и применения средств интенсификации (2002-2005 гг.)

НСР₀₅(по обработке почвы) - 0,36 т/га, НСР₀₅(по интенсификации) - 0,31 т/га,

для частных средних НСР₀₅ = 0,70 т/га

Прибавка зерна (т/га) от применения:

- Гербицидов - 0,37 (11,2%);

- Удобрений + Гербицидов - 0,64 (19,4%);

- Удобрения + Гербициды + Ретарданты - 0,81 (24,5%);

- Удобрения + Гербициды +Ретарданты +N₄₀ - 1,21 (36,7%);

- Комплексная химизация - 1,61 (48,8%).

Максимальная прибавка урожайности зерна озимой ржи получена от применения удобрений на отвальной обработки почвы - 0,4 т/га (10,4%), на фоне комбинированной и минимальной обработки почвы она составила 0,15 т/га и 0,27 т/га (7,5%). Это свидетельствует о несколько лучшем использовании минеральных удобрений растениями озимой ржи с отвальной обработкой почвы, так как здесь посевы были более чистыми.

Применение гербицидов способствовало очищению посевов озимой ржи от сорного компонента и обеспечило прибавку зерна 0,37 т/га (11,2%), а совместное применение с удобрениями - 0,64 т/га или 19,4% относительно контроля.

Наименьшая прибавка урожайности озимой ржи от применения удобрений отмечалась в 2004 году - 0,18 т/га (3,6%) в результате майско - июньской засухи, особенно на фоне с комбинированной системой обработки почвы.

При обработке посевов озимой ржи фунгицидами против комплекса листостеблевых болезней улучшалось фитопатологическое состояние посевов. В результате в вариантах с применением фунгицидов отмечен более длительный период сохранности флагового листа, что отразилось на продуктивности культуры.

В вариантах с применением комплексной интенсификации с опрыскиванием посевов фунгицидом получена высокая прибавка урожайности зерна во всех фонах обработки почвы 0,34-0,45 т/га (7,5-10,6%). Растения озимой ржи в период отрастания испытывают недостаток азота. Наблюдения показали, что применение азотной подкормки озимой ржи весной в начале отрастания (N₄₀) способствовало повышению урожайности культуры в среднем на 0,40 т/га или 9,7%.

Рациональное, комплексное применение средств интенсификации обеспечило прибавку зерна в среднем 1,61 т/га или 49% без достоверных различий между эрозионно-опасной вспашкой и почвоохранной ресурсосберегающей обработкой парового поля (4,9-5,2 т/га).

При возделывании озимой ржи особое внимание должно уделяться качеству зерна. Производство зерна высокого качества лимитируется, прежде всего, количеством азота во все периоды роста и гидротермическими условиями в период его налива.

Масса 1000 зёрен культуры по всем фонам обработки почвы варьировалась от 35,5 г до 38,9 г в зависимости от набора используемых средств интенсификации. На фоне вспашки на этот показатель основное влияние оказало применение гербицидов, а на минимальной обработке почвы - применение удобрений. Обработка посевов фунгицидами в большинстве случаев оказала положительное влияние на вес зерна.

В целом применение интенсивной технологии выращивания культуры не способствует увеличению натуры зерна, но повышает массу 1000 зёрен на 5-10% и белковость зерна до 13,0-13,7% без существенных различий по вариантам обработки пара.

Экологическая оценка содержания тяжёлых металлов в системе «почва - растение»

Процессы роста и развития растений находятся под влиянием всего комплекса экологических факторов, составляющих среду обитания организмов. Каждый организм испытывает на себе воздействие других видов растений, животных и человека. В связи с развитием промышленности влияние антропогенного фактора резко возросло. К экстремальным факторам, способным вызвать повреждения растительных организмов, следует отнести загрязнение окружающей среды ТМ (Говорина, 1991).

В задачу исследований входило выявить закономерности агроэкологического состояния посевов озимой ржи при влиянии антропогенных факторов и установить направленные изменения содержания тяжёлых металлов (ТМ) в верхнем слое выщелоченного чернозёма и конечной продукции (зерно) озимой ржи сорта Сибирь в зависимости от технологии выращивания культуры.

Установлено, что содержание меди в почвенных образцах при длительном (27 лет) применении азотно-фосфорных удобрений было значительно ниже ПДК в среднем в 11 раз в вариантах без химизации и в 33,3 раза - при применении комплексной химизации, цинка - в 51 и 50 раза соответственно, свинца - в среднем в 10 раз во всех местах отбора образцов, кадмия - в 40 раз в контрольном варианте и комплексной интенсификации (табл. 4).

Таблица 4.

Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в почве под посевами озимой ржи в зависимости от технологии выращивания

Место отбора образца	Вариант обработки почв	Глубина отбора образца, см	Токсичные элементы, мг/кг
			Cu	Zn	Cd	Pb	Cr
Контроль	1-Отвальная	0-10	0,09	0,46	0,051	0,64	0,70
		10-20	0,09	0,39	0,046	0,61	0,60
	3-Минимальная	0-10	0,09	0,59	0,057	0,68	0,68
		10-20	0,09	0,38	0,048	0,53	0,68
Среднее по контролю		0,09	0,45	0,05	0,62	0,68
Комплексная химизация	1-Отвальная	0-10	0,10	0,46	0,052	0,60	0,62
		10-20	0,08	0,39	0,050	0,56	0,60
	3-Минимальная	0-10	0,09	0,56	0,058	0,70	0,64
		10-20	0,09	0,44	0,050	0,58	0,62
Среднее по комплексной химизации		0,09	0,46	0,05	0,61	0,62
ПДК	3,0	23,0	2,0	6,0	6,0

Выявлено, что уровень содержания подвижных форм тяжелых металлов в конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) озимой ржи в южной лесостепи Западной Сибири невысок и в среднем значительно ниже ПДК по каждому из элементов и не представляет экологической опасности для человека (табл.5).

Таблица 5.

Содержание подвижных форм тяжёлых металлов в зерне озимой ржи в зависимости от технологии выращивания

Фон химизации	Вариант обработки почвы	Содержание тяжёлых металлов, мг/кг
		Cd	Pb	Hg	As
Контроль	1-Отвальная	0,010	0,30	0,004	0,06
	3-Минимальная	0,028	0,17	0,005	<0,001
Среднее	0,019	0,24	0,005	0,03
Гербициды	1-Отвальная	0,010	0,29	0,003	<0,001
	3-Минимальная	0,103	0,31	0,009	<0,001
Среднее	0,06	0,3	0,006	0,001
Гербициды + Удобрения	1-Отвальная	0,027	0,27	<0,005	<0,001
	3-Минимальная	0,097	0,29	0,004	<0,001
Среднее	0,062	0,28	0,005	0,001
Комплексная химизация	1-Отвальная	0,043	0,22	0,005	<0,001
	3-Минимальная	0,108	0,26	0,003	<0,001
Среднее	0,075	0,24	0,004	0,001
ПДК	0,2	?0,5	0,03	0,2

Злаковые растения аккумулируют из окружающей среды практически все экологические «вредности». Это происходит последовательно на всех этапах их выращивания, переработки, хранения и потребления. При ухудшении качества хотя бы одного из компонентов агроландшафта (воды, почвы, воздуха) производить экологически безопасную и незагрязненную продукцию становится весьма проблематично.

По этой причине в настоящее время большинство культурных ландшафтов, включая агроценозы, в той или иной степени загрязнены различными экотоксикантами. В число наиболее значимых включают не только тяжелые металлы (ТМ), а так же радионуклиды (РН) и остатки пестицидов (ОП) (Орлов, 2002).

Экологическая оценка содержания радионуклеидов и пестицидов в системе «почва - растение»

Значительная часть радионуклидов находится в почве, как на поверхности, так и в нижних слоях, при этом их миграция во многом зависит от типа почвы, её гранулометрического состава, водно-физических и агрохимических свойств. Основными радионуклидами, определяющими характер загрязнения, является цезий-137 и стронций-90, которые по-разному адсорбируются почвой.

Исследованиями установлено, что содержание радионуклидов Cs-137 и Sr-90 в конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) существенно ниже ПДК и имеет фоновые параметры не зависимо от применения средств интенсификации.

Следовательно, длительное рациональное применение средств интенсификации не повышало содержание Cr-137 и Sr-90 в зерне озимой ржи относительно контроля и было ниже ПДК соответственно в 10,7 и 40 раз при фоновых параметрах по изучаемым вариантам (табл. 6).

Таким образом, содержание ТМ в конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) при применении средств интенсификации было значительно ниже ПДК. Содержание ГХЦГ и его изомеров в зерне озимой ржи было меньше ПДК в 500 раз, ДДТ и его метаболитов более чем в 3 раза и имело фоновые параметры не зависимо от уровня интенсификации и приёма обработки почвы. Содержание Фунгицида, Луварама и 2,4-Д кислоты, её солей и эфиров в образцах зерна озимой ржи не обнаружено.

Таблица 6.

Содержание радионуклидов в зерне озимой ржи, Бк/кг

Фон химизации	Вариант обработки почвы	Радионуклиды
		Cs-137	Sr-90
Контроль	1-Отвальная	<4,1	<1,1
	3-Минимальная	<6,6	<1,1
Среднее	5,4	1,1
Гербициды	1-Отвальная	<4,9	<1,1
	3-Минимальная	<6,6	<1,1
Среднее	5,8	1,1
Гербициды + Удобрения	1-Отвальная	<6,1	<1,1
	3-Минимальная	<6,5	<1,1
Среднее	6,3	1,1
Комплексная химизация	1-Отвальная	<6,5	<1,0
	3-Минимальная	<6,6	<1,0
Среднее	6,6	1,0
ПДК	70	40

ВЫВОДЫ

1. Эколого-биологические особенности в южно-лесостепных агроландшафтах Омской области обуславливают высокие адаптивные возможности озимой ржи как к почвенно-климатическим условиям, так и к рациональному использованию осадков невегетационного периода, что обеспечивает формирование качественного зерна и при оптимизации элементов технологии выращивания повышает продуктивность до 4,5-5,0 т/га. Учитывая ценность и многоплановое использование озимой ржи, посевы культуры в южной лесостепи должны быть расширены до 4-6% в структуре пашни.

2. Наибольшей экологической пластичностью, зимостойкостью, устойчивостью при проявлении почвенной и атмосферной засухи, полеганию стеблестоя, продуктивностью, качеством зерна для лесостепных агроландшафтов обладает тетраплоидный среднепоздний сорт Сибирь селекции СибНИИСХ (г. Омск).

При длительном (27 лет) воздействии антропогенных факторов происходят направленные изменения в многокомпонентной биоэкосистеме: интенсивные технологии выращивания - элементы плодородия верхнего слоя чернозёма - агрофитоценоз посевов озимой ржи - конечной продукции (зерно), которые заключаются в следующем:

· применение почвоохранной обработки парового поля оптимизирует плотность верхнего (0-30 см) слоя чернозёма (1,13-1,20 г/см³), повышает количество агрономически ценных агрегатов, снижает податливость почв к дефляции относительно эрозионно опасной вспашки;

· применение средств интенсификации позволяет более экономно расходовать ограниченные водные ресурсы и снизить водопотребление на формирование 1 т зерна со 179 до 110 мм или в 1,8 раза. Содержание нитратного азота в слое 0-40 см повышается до 49,2-62,1 мг/кг почвы до высокой обеспеченности;

· при внесении удобрений (N₄₀ P₆₀ под озимую рожь) содержание подвижного фосфора повышается до 192-252 мг/кг почвы и соответствует высокому и очень высокому уровню обеспеченности;

· содержание обменного калия очень высокое (30,8-33,6 мг/кг) с повышением на интенсивной технологии на 9%.

· применение гербицидов позволяет, в зависимости от приёмов обработки почвы, снизить количество сорняков в агрофитоценозе озимой ржи в 4,5-6,6 раза, а биомассу в 5,0-7,4 раза с преобладанием на почвозащитных в вариантах малолетних двудольных и устойчивых к 2,4-Д (в основном, подмаренник цепкий);

· посевы озимой ржи менее поражаются комплексом грибных инфекций, из которых наиболее вредоносны бурая (стеблевая) ржавчина, септориоз и мучнистая роса, что обеспечивает существенную (до 0,4 т/га) прибавку зерна;

· применение средств интенсификации положительно влияет на формирование элементов структуры урожая культуры. Относительно контроля (без химизации) отмечается повышение массы снопа (на 36%), продуктивной кустистости до 3,2 (на 28 %), продуктивных стеблей до 492 шт/м² (на 37%), длины колоса до 9,9 см

· (на 4%), числа члеников в колосе до 24 шт (на 6 %), озернённости колоса до 36,4

· (на 7%), веса зерна 1 растения до 1,52 г (на 15 %), массы 1000 зёрен до 38,5 г (на 8%). Наибольшее влияние на продуктивность культуры оказало количество продуктивных стеблей на единице площади (r=0,67).

3. На формирование зерна озимой ржи оказали влияние приёмы обработки парового поля, средства интенсификации и гидротермические условия вегетационного периода. Без применения средств интенсификации урожайность зерна озимой ржи сорта Сибирь составляет 3,27-3,35 т/га без различий по вариантам подготовки пара. Рациональное применение средств интенсификации обеспечивает прибавку зерна 1,61 т/га или 49% без достоверных различий между эрозионно-опасной вспашкой и почвоохранной обработкой парового поля (4,9-5,2 т/га).

4. Содержание подвижных форм тяжёлых металлов (ТМ) на фоне длительного применение средств интенсификации не превышает контроль и было ниже ПДК по Cu в 33 раза, Zn-в 50, Cd-в 40, Pb- в 10, и Cr-в 9,7 раза.

5. Содержание ТМ в конечной продукции (зерно) при применении средств интенсификации значительно ниже ПДК. Содержание ГХЦГ и его изомеров меньше ПДК в 500 раз, ДДТ и его метаболитов более чем в 3 раза и имеет фоновые параметры. Содержание Фунгицида, Луварама и 2,4-Д кислоты, её солей и эфиров в образцах зерна озимой ржи не обнаружено.

6. Длительное рациональное применение средств интенсификации не повышает содержание Cr-137 и Sr-90 в зерне озимой ржи относительно контроля и составляет ниже ПДК соответственно в 10,7 и 40 раз при фоновых параметрах на изучаемых вариантах.

Предложения производству

В южно-лесостепных агроландшафтах Омской области при почвоохранной ресурсосберегающей технологии обработки парового поля и рациональном применении средств интенсификации при выращивании адаптивного сорта озимой ржи Сибирь возможно повышение урожайности до 4,5-5,0 т экологически качественного зерна. Рекомендованные технологии необходимо применять с соблюдением требований и условий по охране окружающей среды и экологического мониторинга за состоянием чернозёмных почв и конечной продукции (зерно).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ АВТОРА

1. Ложкина Н.И. Влияние систем основной обработки почвы и средств химизации на определение качества зерна озимой ржи в условиях южной лесостепи Западной Сибир...