Урожайность и качество клубней картофеля в зависимости от использования цеолитсодержащего трепела и его смесей с минеральными удобрениями в условиях Волго-Вятского региона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Урожайность и качество клубней картофеля в зависимости от использования цеолитсодержащего трепела и его смесей с минеральными удобрениями в условиях Волго-Вятского региона

Специальность 06.01.09 - растениеводство

Ефимов Вячеслав Михайлович

Йошкар-Ола - 2009

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур требует работы с землей, активного поиска и широкого внедрения в производство новых организационных и технологических форм. От того, как мы относимся к земле, как бережем ее, насколько умело, и расчетливо хозяйствуем на ней, зависит наше благосостояние и, в конечном счете, решение продовольственной проблемы в стране.

В целях повышения урожайности основных сельскохозяйственных культур ежегодно используется более 10 млн. т минеральных удобрений, неконтролируемое внесение которых создает экологическую угрозу для почвенных организмов и здоровья человека. Интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается высокой специализацией хозяйств и введением механизированных технологических операций при возделывании культур, что накладывает дополнительную нагрузку на пахотный слой почвы и снижает показатели плодородия почвы.

Происходит уменьшение азотфиксирующих и возрастает количество денитрифицирующих бактерий, которые способствуют потере азота, вносимого с азотными удобрениями. Нарушение баланса питательных веществ в земледелии приводит не только к уменьшению производства продукции и ухудшению ее качества, но и снижает устойчивость агроландшафтов. В связи с этим компенсация дефицита биогенных элементов применением удобрений, очевидно, должна рассматриваться как экологически необходимая задача. При этом очень важно предотвратить потери наиболее подвижных, легкорастворимых биогенных элементов из активного корнеобитаемого слоя почвы, которые в настоящее время достигают 20-50 %. Одним из путей сокращения этих потерь является использование веществ с хорошими мелиоративными свойствами, улучшающими физико-химическое состояние почв.

В последние годы внимание ученых привлекает цеолитсодержащий трепел. Первые шаги по его изучению в земледелии Чувашии были предприняты в 1994 году. Трепел, применяемый на фоне азотно-калийного удобрения, обеспечивал достоверную прибавку урожайности картофеля и тем самым вызвал интерес соискателя к проведению исследований по этой теме. Необходимо было получить ответы на вопросы: можно ли использовать трепел Алатырского происхождения в земледелии Чувашии, насколько эффективно он влияет на продуктивность растений и качество продукции, физические свойства почвы. Исходя из этого в диссертации предпринято изучение влияния цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями на урожайность, качество клубней картофеля и физические показатели почвы, что и предполагает актуальность темы.

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось изучение совместного влияния цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями на физические показатели почв, урожайность и качество клубней картофеля в условиях южной части Волго-Вятской зоны. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

- установить влияние совместного использования цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями на рост, развитие растений и формирование ассимиляционной поверхности листьев картофеля;

- выявить действие цеолитсодержащего трепела в чистом виде и в смеси с минеральными удобрениями на плотность сложения пахотного слоя выщелоченных черноземов;

- изучить водный режим почвы;

- установить влияние изучаемых приемов на урожайность и качество клубней картофеля.

- дать экономическую и энергетическую оценку изучаемым приемам при возделывании картофеля.

Научная новизна. Впервые на выщелоченных черноземах Чувашской Республики установлена возможность использования под картофель цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями. Выявлено влияние туковых смесей на формирование урожая и качество клубней. Получены новые экспериментальные данные по эффективности использования цеолитсодержащего трепела под картофель.

Основные положения, выносимые на защиту:

- использование цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями оказывает положительное влияние на рост, развитие, формирование ассимиляционной поверхности листьев картофеля и обеспечивает более благоприятное сложение почвы и влажность в пахотном слое;

- наибольшая урожайность клубней картофеля достигается при комплексном использовании цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями;

- цеолитсодержащий трепел в смеси с минеральными удобрениями имеет преимущества перед трепелом в чистом виде и CaCO₃ по дозе трепела и минеральных удобрений в дозах N_25-100P_25-100K_25-100 кг/га;

- внесение в почву цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями повышает энергетическую и экономическую эффективность при возделывании картофеля на выщелоченных черноземах.

Практическая значимость заключается в разработке научно обоснованной технологии выращивания картофеля с хорошими качественными характеристиками клубней, направленной на решение важной народно-хозяйственной проблемы - обеспечения населения высококачественными клубнями. Этому способствует применение цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями, которые сохраняют плодородие пахотного слоя почвы и в последействии обеспечивают стабильную прибавку урожая с высоким качеством клубней.

Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований опубликованы в научных статьях, журналах, в сборниках научных трудов и используются при выращивании картофеля в хозяйствах различных форм собственности. Разработанные приемы внедрены в хозяйствах Яльчикского, Моргаушского и Цивильского районов Чувашской Республики и используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия» при изучении курса «Растениеводство».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных статей, в том числе одна в изданиях, рекомендованных ВАК для кандидатских диссертаций.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и получили положительную оценку на Чувашской республиканской агрономической конференции (Чебоксары, 1997), межрегиональной научно-производственной конференции «Плодородие почвы - основа высокоэффективного земледелия» (Чебоксары, 1998), на итоговых научных конференциях в Чувашской ГСХА (2004-2006).

2. Условия и методика исследований

Для выполнения поставленных задач нами был заложен опыт на выщелоченном черноземе СХПК «Рассвет» Яльчикского района, имеющем следующие агрохимические показатели пахотного слоя почвы: содержание гумуса - 4,6-4,8 %; подвижного фосфора - 254 и обменного калия 165 мг/кг почвы; рН солевой 5,3. Полевой опыт был заложен по однофакторной схеме в 4-х кратной повторности. Общая площадь делянки - 100, учетной - 85 м², размещение вариантов - систематическое. Предшественник - озимая рожь, сорт картофеля Удача, густота посадки 47 тыс./га, масса высаживаемых клубней 50-80 г. Схема опыта: 1. Контроль - без удобрений; 2. Трепел - 5,0 т/га; 3. Смесь - 0,5 т/га (N₂₅ P₂₅ K₂₅ + трепел 0,5 т/га); 4. Смесь - 1,0 т/га (N₅₀P₅₀ K₅₀ + трепел 1,0 т/га); 5. Смесь - 1,5 т/га (N₇₅P₇₅ K₇₅ + трепел 1,5 т/га); 6. Смесь - 2,0 т/га (N₁₀₀P₁₀₀ K₁₀₀ + трепел 2,0 т/га); 7. N₂₅ P₂₅ K₂₅; 8. N₅₀ P₅₀ K₅₀; 9. N₇₅ P₇₅ K₇₅; 10. N₁₀₀ P₁₀₀ K₁₀₀; 11. CaCО₃ по дозе трепела.

В опытах проводили следующие наблюдения, учеты и анализы: фенологические наблюдения за развитием растений - по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985). Сухое вещество в анализируемом материале определяли весовым методом; щелочно-гидролизуемый азот в почве - по Корнфилду; подвижной фосфор - по Чирикову, обменный калий - пламенно-фотометрическим методом; гумус - по Тюрину; рH солевой - по методике ЦИНАО (ОСТ 4649-76); влажность почвы - весовым методом (Доспехов и др., 1987); плотность сложения пахотного слоя почвы - по Некрасову (Лыков, 1985); листовую поверхность и фотосинтетический потенциал (ФП) - по А.А. Ничипоровичу (1961); содержание крахмала определяли поляриметрическим методом по Эвересту; нитратов - потенциометрическим методом. Нарастание надземной массы и клубней учитывали методом пробных копок; структуру урожая - у 10 кустов на каждой делянке; урожайность - поделяночно, сплошной уборкой. Азот в ботве и клубнях определяли по Кьельдалю. Энергетическую эффективность рассчитывали по методике биоэнергетической оценки технологии производства продукции растениеводства (Базаров, Глинка, 1983), а экономическую - по методике СибНИИСХ. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по Б.А. Доспехову (1985) с помощью программ статистических обработок данных для Microsoft Excel 97.

3. Результаты исследований

Плотность сложения пахотного слоя почвы. При использовании цеолитсодержащего трепела 2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ в среднем за 4 года плотность почвы в слое 0-10 см в фазе всходов составила 1,10 г/см³, в фазе цветения - 1,13 г/см³, перед уборкой - 1,23 г/см³, в слое 10-20 см - 1,18 г/см³, 1,17 г/см³, 1,30 г/см³ соответственно. В слое 20-30 см она была в пределах 1,34; 1,39; 1,42 г/см³. При внесении удобрений в чистом виде ее показатели в течение вегетации варьировали от 1,09 до 1,10 г/см³ в слое 0-10 см, до 1,35-1,40 г/см³ - в слое 20-30 см. Более высокая (1,46 г/см³) плотность почвы была в слое 20-30 см при использовании N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀. Это связано с изменением минерального питания, которое приводило не только к закислению, но и уплотнению почвы (табл. 1).

Таблица 1. Изменение плотности сложения пахотного слоя почвы, г/см³ (среднее за 2003-2006 гг.)

К концу вегетации независимо от использования цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями плотность сложения пахотного слоя почвы приближалась к ранневесенней.

Влажность почвы. В фазе всходов в почве в слое 0-30 см во все годы исследований влаги было достаточно. Так в 2003 г. при использовании NPK_(75-100) кг/га в смеси с трепелом от 1,5 до 2,0 т/га в почве содержалось 63,4-64,6 мм влаги, в 2004 - 49,4-49,6, в 2005 - 61,5-66,0 и в 2006 г. - 59,6-62 мм. В период бутонизации и цветения запас продуктивной влаги также был достаточным. Затем его показатели снижались, особенно в 2003 и 2004 гг. Перед уборкой картофеля водный режим на вариантах опыта изменялся незначительно. Так, при использовании смеси трепела с минеральными удобрениями в почве содержалось 34,9-37,3 мм влаги, а при внесении минеральных удобрений в чистом виде содержание влаги в почве уменьшается (табл. 2).

Таблица 2. Влажность почвы в течение вегетации в зависимости от смеси трепела с минеральными удобрениями, мм (средняя за 2003-2006 гг.)

Развитие растений и формирование листовой поверхности. Всходы картофеля на всех вариантах появились на 19-22 день после посадки. Бутонизация и цветение наступали с опозданием на 1-3 дня. На вариантах, где вносили смесь трепела с минеральными удобрениями продолжительность периода всходы - бутонизация в среднем за 2003-2006 гг. увеличилась на 4 дня, цветения - на 3 и отмирание ботвы - на 6-7 дней. Средняя продолжительность периода бутонизация - цветение изменялась в пределах 9-13 дней. В 2005 г. отмирание ботвы произошло поздно, а в 2006 г. - рано. Уборку картофеля в годы исследований проводили 25 августа. Продолжительность вегетационного периода у растений в годы исследований была неодинаковой и изменялась от 84 до 103 дней.

Для формирования высокой урожайности клубней важно, чтобы оптимальная (40-60 тыс. м²/га) листовая поверхность сохранялась у растений в активном состоянии длительное время. В начальный период вегетации увеличение площади листьев растений на всех вариантах происходило медленно. Максимальных значений ее показатели достигали к фазе цветения. При этом листья верхних ярусов растений были затенены меньше. Отмечено взаимодействие изучаемых факторов. Так, показатели листовой поверхности картофеля находились в прямой зависимости от внесения смеси NPK_(25-100) с трепелом 0,5-2,0 т/га и в чистом виде - азота, фосфора, калияот 25 до 100 кг/га. Во все сроки учета, где вносили трепел 0,5-2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями в дозах NPK_(25-100) площадь листьев растений была выше, чем на контроле без удобрений, использовании трепела в чистом виде и CaCO₃ по дозе трепела (табл. 3).

К фазе бутонизации в варианте без удобрений растения картофеля сформировали листовую поверхность, равную 23,16 тыс. м²/га, а при увеличении доз трепела в смеси с минеральными удобрениями с 0,5 до 2,0 т/га повысило ее показатели до 6,9 тыс. м²/га.

Таблица 3. Динамика формирования площади листьев, тыс. м²/га, (средняя за 2003-2006 гг.)

Нарастание листовой поверхности растений картофеля происходило до конца вегетации. Максимальная (41,96 тыс. м²/га) листовая поверхность была у растений при внесении трепела 2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀, что превысило ее показатели на контроле (без удобрений) на 9,2 тыс. м²/га, а при внесении трепела в чистом виде и CaCO₃ по дозе трепела - 8,8 и 8,15 тыс. м²/га соответственно.

Структура урожая. Анализ структуры урожая картофеля показал, что при внесении цеолитсодержащего трепела 2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ масса клубней с 1 растения увеличивалась по сравнению с вариантом без удобрений на -256 г (табл.4), при использовании N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ в чистом виде - на 124 г, что на 132 г ниже по сравнению с вариантом, где вносили 2,0 т/га трепела в смеси с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀.

Таблица 4. Структура урожая картофеля в зависимости от фона питания (средняя за 2003-2006 гг.)

Аналогично изменялась средняя масса 1 клубня и число клубней с одного куста в контроле по сравнению с фоном в смеси 2,0 т/га трепела с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ и N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ в чистом виде изменялась от 66,1 до 88,3 и 72,4 г соответственно, а число клубней с одного куста - с 7,2 до 8,2 шт.

Динамика формирования и урожайность клубней картофеля. Темпы прироста клубней картофеля за все годы исследований были выше на вариантах с использованием смесей трепела с минеральными удобрениями (1,0 и 1,5 и 2,0 т/га). При первом сроке копки прирост клубней варьировал от 7,2 до 7,5 т/га. Аналогичная закономерность наблюдалась также и при втором (8,2-11,8 т/га) и третьем (20,2-21,1 т/га) сроках копки. Разница в накоплении массы клубней картофеля между первым и вторым сроками копки была небольшая - от 1,0 до 4,3 т/га. Значительное (21,1 т/га) увеличение урожайности к третьему сроку копки обеспечил вариант в смеси удобрений N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ с трепелом 2,0 т/га, а урожайность клубней на варианте N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ оказалась намного ниже и составила 19,2 т/га, что на 1,9 т/га ниже варианта смеси N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ с трепелом 2,0 т/га (табл. 5).

Таблица 5. Динамика накопления урожая картофеля, т/га (средняя за 2003-2006 гг.)

На динамику формирования клубней оказали влияние также и метеорологические условия. К третьему сроку копки урожайность клубней была самой высокой и составила в 2005 г. 25,2 т/га, а в 2006 г. - 24,9 т/га. В 2003 и 2004 гг. неблагоприятных по погодным условиям урожайность клубней в третьем сроке копки была в пределах 14,5-19,8 т/га. Снижение продуктивности растений произошло в 2003 г. на контроле - без удобрений. На этом варианте урожайность клубней составила всего11,5 т/га.

В среднем за 2003-2006 гг. при внесении цеолитсодержащего трепела 2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ с каждого гектара было получено по 34,9 т клубней. Урожайность картофеля на варианте без удобрений составила 21,8 т/га при внесении N₂₅P₂₅K₂₅ - 21,6 т/га. Максимальная урожайность клубней была получена в благоприятном по погодным условиям за период вегетации 2006 году с использованием 2,0 т/га смеси цеолитсодержащего трепела с минеральными удобрениями и составила 43,3 т/га. Повышение урожайности картофеля зависело от дозы вносимой смеси цеолитсодержащего трепела и в среднем за годы исследований изменялось от 3,2 до 13,1 т/га или от 14,8 до 59,9 % (табл. 6).

Таблица 6. Урожайность картофеля в зависимости от удобрений, т/га (средняя за 2003-2006 гг.)

Товарность клубней. Наивысшая (92,28-95,59 %) товарность клубней картофеля получена при внесении 1,5-2,0 т/га смеси цеолитсодержащего трепела. Наименьшие (81,6 %) ее показатели были в варианте контроль - без удобрений. В среднем за годы исследований показатели товарности клубней в зависимости от вариантов изменялись от 81,6 до 95,6 %. (табл. 7).

Таблица 7. Товарность клубней картофеля (средняя за 2003-2006 гг.)

Качество клубней картофеля. Наибольшее накопление сухого вещества происходило при сухой и жаркой погоде и зависело от влагообеспеченности в период вегетации. Во влажную и прохладную погоду, накопление сухого вещества замедлялось и уменьшалось. В засушливые 2003 и 2004 гг. сухого вещества в клубнях содержалось больше, по сравнению с 2005-2006 гг. При внесении цеолитсодержащего трепела 0,5-2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями и NPK_(25-100) и NPK_(25-100) в чистом виде оно достигало 21,1 и 19,3 % соответственно. В 2005 и 2006 гг. этот показатель составил соответственно 19,2 и 19,4 %. На содержание сухого вещества положительное влияние оказывало использование туковых смесей трепела с минеральными удобрениями и их внесение в чистом виде. Но ярко выраженной зависимости в накоплении сухого вещества по вариантам не было (табл. 8).

Таблица 8. Показатели качества клубней в зависимости от изучаемых приемов, % (средние за 2003-2006 гг.)

Содержание крахмала в клубнях картофеля по вариантам опыта составило 13,9-15,2 %. Сбор крахмала с единицы площади возрастал по мере повышения доз смесей цеолитсодержащего трепела с минеральными удобрениями. Крахмалистость клубней в основном зависела от влажности почвы в период вегетации растений. В засушливые годы урожайность картофеля уменьшалась, а содержание крахмала в клубнях - увеличивалось. Повышенная влажность почвы в 2005-2006 гг. способствовала более интенсивному клубнеобразованию и формированию высокой урожайности, но с пониженным содержанием крахмала в клубнях.

Содержание тяжелых металлов. Внесение цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями уменьшало валовое содержание тяжелых металлов в почве на 35 %, по сравнению с их количеством до закладки опыта и после уборки урожая.

Это объясняется тем, что цеолит, являясь сильным абсорбентом и ионообменником, обладает способностью связывать тяжелые металлы и уменьшать их поступление из почвы в клубни (табл. 9).

Таблица 9. Валовое содержание тяжелых металлов в почве, мг/кг (среднее за 2003-2006 гг.)

Поэтому содержание тяжелых металлов в клубнях за годы исследований (2003-2006 гг.) на всех вариантах опыта было также ниже предельно допустимых концентраций (табл. 10).

Таблица 10. Содержание тяжелых металлов в основной и побочной продукции картофеля, мг/кг (среднее за 2003-2006 гг.)

Содержание нитратов. С увеличением доз вносимых удобрений и цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями содержание нитратов несколько увеличивалось и в среднем за 4 года исследований в контрольном варианте без удобрений этот показатель составил 55 мг/кг, а на остальных вариантах варьировала от 57 до 82 мг/кг, но не превышал ПДК. В увлажненные годы и, особенно, в конце вегетации растений в клубнях накапливалось нитратов меньше (табл. 11).

Таблица 11. Содержание нитратов в клубнях картофеля, мг/кг (среднее за 2003-2006 гг.)

Энергетическая оценка. Наибольшие затраты совокупной энергии были в вариантах, где вносили смесь трепела с минеральными удобрениями, а наименьшие - на контроле без удобрений и CaCO₃ по дозе трепела. В структуре затрат совокупной энергии, израсходованной на возделывание и уборку картофеля, на оборотные средства (более 50-60%) приходилось на горюче-смазочные материалы, семена и минеральные удобрения. Энергозатраты на единицу площади и производство 1 т клубней возрастали при возделывании картофеля с использованием цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями. На этих вариантах энергия, накопленная хозяйственно ценной частью урожая, клубнями картофеля была больше совокупной энергии, израсходованной на возделывание и уборку картофеля. Наибольшее накопление энергии происходило при использовании цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями, при этом коэффициент энергетической эффективности в среднем достигал 1,2-1,3. Технология возделывания картофеля с использованием цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями и соответствующим уходом в условиях Волго-Вятского региона является энергосберегающей.

Экономическая оценка. Рентабельность производства картофеля с использованием цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями в среднем за годы исследований достигала 94 %. С увеличением урожайности клубней картофеля затраты на 1 га увеличивались, а на единицу продукции снижались. Максимальный (37528-39070 руб.) условный чистый доход с 1 га получен при использовании смесей цеолитсодержащего трепела с минеральными удобрениями в дозах 1,5-2,0 т/га.

удобрение трепел урожайность картофель

Выводы

1. Использование цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями с соответствующим уходом создает оптимальное сложение пахотного слоя почвы (1,10-1,23 г/см³) в течение вегетации картофеля.

2. Производство картофеля с использованием цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями, является товарным. Средняя товарность клубней по вариантам в 2003-2006 гг. составила 89,9-95,6 %.

3. Содержание тяжелых металлов в почве, при использовании цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями в основной и побочной продукции уменьшается на 35%.

4. Содержание нитратов в клубнях картофеля при использовании цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями снижается с 82 до 57 мг/кг, что значительно меньше ПДК.

5. Содержание сухого вещества и крахмала в клубнях картофеля в большей степени зависело от погодных условий.

6. Наибольшую (34,9 т/га) урожайность картофеля во все годы исследований обеспечивало использование цеолитсодержащего трепела по 2,0 т/га в смеси с минеральными удобрениями N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀. На этом варианте по сравнению с использованием N₁₀₀P₁₀₀K₁₀₀ в чистом виде с каждого гектара получено дополнительно по 6,7 т клубней.

7. Возделывание картофеля на выщелоченных черноземах с использованием цеолитсодержащего трепела в смеси с минеральными удобрениями в условиях Чувашской Республики энергетически и экономически эффективно и обеспечивает наивысший КЭЭ (1.3) и наибольший (39670 руб./га) чисты...