Экологическая оценка состояния посевов ячменя при применении интенсивных технологий возделывания в южной лесостепи Омской области

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 03.00.16 - Экология

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Экологическая оценка состояния посевов ячменя при применении интенсивных технологий возделывания в южной лесостепи Омской области

Прокуратова Алёна Сергеевна

Омск 2006

Диссертация выполнена на кафедре экологии и охраны окружающей среды Омского государственного педагогического университета и в

Сибирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства

(СибНИИСХ) СО РАСХН

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Юшкевич Леонид Витальевич

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Калиненко Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Рыжков Николай Георгиевич,

кандидат биологических наук, доцент

Никитина Надежда Николаевна

Ведущая организация: Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева

Защита состоится 7 декабря 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета К 212.177.02 в Омском государственном педагогическом университете по адресу 644099, г. Омск, наб. Тухачевского, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент Соловьев С.А.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Агропромышленный комплекс Западной Сибири занимает одно из ведущих мест в России. Среди 11 территориальных природно-экономических зон регион производит зерна около 9 млн. тонн или 13,1% от общероссийского (4 место). Важной особенностью экологической оценки при разработке и освоении зональных систем земледелия отводится проблемам оптимизации агрофизических свойств, водного и питательного режима почвы, рационального применения средств интенсификации, определяющих уровень урожайности сельскохозяйственных культур, сохранению плодородия почв и охране окружающей среды.

Агрофитоценозы являются крайне неустойчивыми биоценозами, неспособными к саморегуляции, и поэтому не могут существовать без поддержки человека. Эта поддержка заключается в применении различных технологий возделывания. В зависимости от применяемой технологии происходит формирование агрофитоценозов, различающихся по комплексу количественных и качественных характеристик. В связи с этим появляется необходимость проведения комплексных исследований, направленных на изучение влияния различных факторов, в т.ч. антропогенных, на формирование агрофитоценозов зерновых культур с целью установления оптимального сочетания вариантов интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, обеспечивающих существенное повышение их продуктивности, качества продукции, ее экологической чистоты, а также ресурсосбережение (Бараев А.И., Милащенко Н.З.). В этой связи необходимо внедрение научно-обоснованных адаптивно-ландшафтных экологически безопасных систем земледелия с расширением почвозащитных ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур и экономичным применением средств интенсификации, позволяющих повысить продуктивность пашни в 1,5-2 раза при сохранении почвенного плодородия.

Одним из аспектов антропогенной нагрузки на почву является интенсивная сельскохозяйственная деятельность, а именно применение удобрений и средств защиты растений. При неразумном использовании средств интенсификации происходит накопление остатков тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов, которые приводят к деградации почвенного покрова (Алексеев Ю. В., Алексахин Т.М., Хоружая Т.А.). Следовательно, при их применении необходимо осуществлять экологический контроль и мониторинг за состоянием окружающей среды. Но без средств химизации при минимализации обработки почвы не обойтись, так как это приводит к значительному снижению урожайности зерновых культур.

Цель исследований: провести экологическую оценку черноземных почв и состояния агрофитоценоза посевов пивоваренного ячменя при применении почвоохранных приемов обработки и интенсивных технологий возделывания в южной лесостепи Омской области.

Задачи исследования:

1. Изучить параметры и направленность изменений элементов плодородия черноземных почв при длительном применении различных по интенсивности технологий обработки и средств интенсификации при возделывании пивоваренного ячменя.

2. Обосновать возможность применения энергосберегающих технологий обработки черноземных почв лесостепи и оптимального сочетания приемов интенсификации при выращивании ячменя.

3. Выявить особенности мобилизационных биологических процессов, питательного режима, при длительном применении различных по интенсивности технологий основной обработки черноземных почв и средств интенсификации. агрофитоценоз ячмень сорный

4. Изучить особенности изменения количественных и качественных параметров сорного компонента агрофитоценоза и фитосанитарного состояния посевов пивоваренного ячменя при длительном применении различных по интенсивности технологий обработки почвы и средств химизации.

5. Установить влияние технологий обработки почвы и средств интенсификации на продуктивность и качество зерна пивоваренного ячменя.

6. Выяснить, существует ли опасность загрязнения почвы и конечной сельскохозяйственной продукции (зерна) тяжелыми металлами, пестицидами и радионуклидами при длительном рациональном применении средств химизации.

Объект исследований - ценная зернофуражная культура ячмень, посевы которого занимают в Омской области площадь 287 тысяч гектаров, из них более 70% приходится на сорт Омский 90.

Научная новизна работы. В диссертационной работе обоснованы и определены оптимальные варианты сочетания ресурсосберегающих приёмов основной обработки почвы и средств интенсификации при выращивании ячменя, направленные на сохранение и воспроизводство плодородия черноземных почв, повышение продуктивности культуры. Установлена положительная роль минимальной почвоохранной обработки почвы. Выявлены особенности фитосанитарного состояния агрофитоценоза при минимальной обработке почвы и применении средств интенсификации. Определено влияние длительного воздействия антропогенных факторов - ресурсосберегающих приемов обработки черноземных почв и средств интенсификации на экологическое состояние черноземных почв и конечной продукции (зерно).

Основные положения выносимые на защиту:

- основные закономерности и особенности формирования почвенного плодородия черноземных почв при длительном применении ресурсосберегающих приемов и средств интенсификации;

- влияние технологии основной обработки и компонентов интенсификации на фитосанитарное состояние агрофитоценоза, элементы структуры урожая, продуктивность и технологические свойства зерна ячменя;

- экологическое состояние черноземных почв и конечной продукции (зерно) при длительном рациональном применении средств интенсификации и ресурсосберегающих приемов обработки черноземных почв.

Практическая значимость работы. Проведёнными исследованиями установлено, что рациональное, научно-обоснованное применение ресурсосберегающих почвоохранных технологий выращивания пивоваренного ячменя, на основе почвоохранной обработки почвы с применением средств интенсификации способствует воспроизводству основных элементов почвенного плодородия, улучшению фитосанитарного состояния агрофитоценоза, элементов структуры урожая, продуктивности и технологических свойств зерна ячменя. Не установлено негативного влияния рекомендуемых технологий на экологическое состояние верхнего слоя черноземных почв и конечной продукции (зерно).

Данное заключение основано на обобщении полученных в 2003 - 2005 гг. результатов исследований по изучению различных по интенсивности вариантов обработки почвы (отвальный, плоскорезный, минимальный) на различных фонах применения средств химизации при выращивании пивоваренного ячменя сорта Омский 90 полученных в длительных (33 года) стационарных опытах ГНУ СибНИИСХ.

Соблюдение рекомендаций, данных на основе проведённых исследований, позволит получать устойчивые, оптимальные урожаи зерна ячменя на основе рационального применения интенсивных технологий, обеспечить воспроизводство почвенного плодородия с соблюдением необходимых требований по охране окружающей среды и улучшении качества конечной продукции.

Рекомендации по изучаемой технологии возделывания пивоваренного ячменя прошли производственную проверку в 2003 - 2005 гг. в ГУСП ОПХ «Омское» ГНУ СибНИИСХ.

Апробация работы: Основные положения диссертации доложены на научно-практических и теоретических конференциях: «Качество зерна пивоваренного ячменя в зависимости от технологии возделывания и средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири», международная научно-практическая конференция, Красноярск, 2006 г.; «Развитие листостебельных болезней зерновых культур при длительном применении средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири», научно-теоретическая конференция, Москва, 2006 г.; «Характер развития листостебельных болезней зерновых культур при длительном применении средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири», международная научная конференция, Санкт-Петербург, 2006 г.; «Меры борьбы с сорной растительностью в условиях урбоэкосистемы южной лесостепи Западной Сибири», международная научно-практическая конференция, Ишим, 2006 г.; «Качество зерна пивоваренного ячменя в зависимости от технологии возделывания и средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири», международная научно-практическая конференция, Омск, 2006 г.

Публикации результатов исследований: По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 1 рисунка, 39 приложений. Библиографический список литературы включает 230 наименований, в том числе 12 на иностранных языках.

Содержание работы

Материал и методы исследований

Для выполнения поставленной цели и задач исследования на опытном поле ГУСП ОПХ «Омское» ГНУ СибНИИСХ проводилась экспериментальная работа. В основу работы положены результаты исследований, полученные в стационарах и полевых опытах с 2003-2005 гг. Почвенный покров пашни на 67% представлен обыкновенными и выщелоченными черноземами с содержанием гумуса 6-9%. Климат зоны континентальный, характеризуется проявлением засух и опасностью ветровой эрозии. Продолжительность безморозного периода 115-125 дн., вегетационного - 160-165 дн., годовое количество осадков 330-350 мм, из них 190-220 мм выпадает за вегетационный период. Период 2003-2005 гг. охарактеризован разнообразными погодными условиями. Оценка их в целом показывает, что они были достаточно типичными для климата региона. По температурным условиям анализируемый период незначительно отличается от нормы. Ветровой режим в зоне за последние года не изменился, а дефляция почв за счёт принятых почвоохранных мер существенно сократилась.

Экспериментальная работа выполнялась в основном стационарным полевым, частично вегетационно-полевым и лабораторно-аналитическими методами. Оценка технологий возделывания зерновых культур проводились в лаборатории земледелия черноземной лесостепи СибНИИСХ в период 2003-2005 гг. (3 года). Стационар заложен на черноземе, выщелоченном тяжело суглинистом с содержанием гумуса 6-7%. Опыт двухфакторный - закладывалось два блока: системы основной обработки почвы и системы применения средств интенсификации. Рациональное применение удобрений в стационаре осуществлялось в течение 33 лет (с 1972 г.), а интенсивных технологий - в течение 19 лет (с 1986 г.).

Варианты опыта:

I. Фактор обработки почвы:

1. отвальная (ежегодная вспашка на глубину 20-22 см) - наиболее энергоемкая и разрушающая гумус;

2. плоскорезная (на глубину 10-14 см) - ресурсосберегающая, почвозащитная;

3. минимальная (на глубину 6-8 см) - щадящая.

II. Фактор химизации:

1. контроль (без химизации);

2. гербициды группы 2,4-Д;

3. удобрения N30P30;

4. удобрения + гербициды;

5. удобрения + гербициды + фунгициды

6. удобрения + гербициды + фунгициды + ретарданты + инсектициды (комплексная химизация).

Опыт закладывался в 4-хкратной повторности, расположение вариантов последовательное. Удобрения вносились весной при посеве локально сеялкой СЗ-3,6 по 60 кг/га д.в. Обработку гербицидами проводили в фазу полного кущения ячменя. Фунгициды и ретарданты в фазу выхода в трубку - колошение культуры. Все средства интесификации вносились опрыскивателем ОП-2000 в оптимальные сроки, согласно рекомендациям и схеме опыта. При закладке опыта по обработке почвы, ранневесенней обработке и посеве использовались серийные машины и орудия, рекомендованные для зоны. Количественно-массовый учет сорняков производился в период налива зерна на всех вариантах опыта в восьмикратной повторности по 0,25 м. Учет урожая производился методом однофазной уборки. В опыте высевался сорт ярового пивоваренного ячменя Омский 90 с нормой высева 4,0-4,5 млн. всхожих зерен на гектар в третьей декаде мая.

Влияние длительного воздействия технологий обработки почвы и средств интенсификации на экологическое состояние выщелоченного чернозема.

Экологические свойства почвы

С плотностью почвы связан весь комплекс физических и биохимических процессов, происходящих в почве, изменение водного, воздушного, пищевого режимов, а также процессов жизнедеятельности растений. Для урожая вредна как рыхлая, так и переуплотнённая почва, а её оптимальное сложение создаёт наилучшие условия для жизни растений и зависит от соотношения агрегатов разного размера, гранулометрического состава, содержания и состава гумуса и условий увлажнения.

Характерная особенность чернозёмных почв региона-высокая устойчивость их к уплотнению. Исследованиями отдела земледелия СибНИИСХ, установлено, границы оптимальной плотности пахотного слоя на период вегетации, лежат в пределах 1,1 г/см3, в засушливые годы до 1,2 г/см3.

Определение плотности (слой 0-30 см) показало, что при минимальной системе обработки в полях зернопаропропашного севооборота она составляла 1,05-1,18 г/см3 и приближалось к оптимальным показателям. При отвальной системе подготовки почвы она имела более рыхлое (0,97-1,16 г/см3) состояние. Наиболее заметное различие в плотности почвы наблюдалось в слое 20-30 см, где в варианте с минимальной обработкой она была плотнее до 0,06 г/см3, чем на вспашке.

Анализ агрегатного состава структурности в исследованиях показал, что в изучаемых вариантах обработки почвы почва имела хорошую оструктуренность. На минимальной почвоохранной обработке почвы отмечалось повышение водопрочной структуры в подповерхностном слое до 63,2 %, что объясняется повышением гумусированности и обогащения почвы органическим веществом на данном варианте.

Эрозионная устойчивость почвы оценивалась по таким важным показателям, как эродируемость (по Шиятому, 1970) и состояние комковатости почвы. В целом комковатость поверхностного слоя на почвозащитных вариантах имела тенденцию к повышению на 1-2%. Применение средств химизации при возделывании зерновых культур положительно влияет на агрегатный состав, увеличивает количество растительных остатков на поверхности почвы, что в конечном итоге повышает ветроустойчивость поля.

Водный режим почвы и водопотребление посевов ячменя

Важнейшим свойством почвы является ее способность обеспечивать растения водой, питательными веществами и воздухом.

Исследованиями установлено, что применение ресурсосберегающей почвозащитной обработки почвы под ячмень в лесостепных агроландшафтах способствует, за счет сохранности стерневого покрова большему накоплению невегетационных осадков по сравнению с энергоемкой эрозионноопасной вспашкой.

Рисунок 1. Динамика запасов продуктивной влаги в почве перед посевом в зависимости от приемов обработки и средств химизации

на посевах ячменя в 2003-2005 гг.

На данном варианте при комплексном применении средств интенсификации влагозапасы к посеву ячменя, за счет большего накопления органических остатков, составили в среднем 156 мм и на 19 мм (14%) превышали вспашку. Применение интенсивных технологий выращивания способствовало не только существенному повышению урожайности зерна ячменя (в среднем с 1,15 до 3,29 т/га), но и снижало коэффициент водопотребления культуры относительно контроля с 22,7 до 8,4 мм/ц или в среднем в 2,7 раза при лучших параметрах на почвозащитном варианте обработки почвы.

Экологическая оценка содержания элементов питания в почве

При замене естественных фитоценозов агроценозами при распашке черноземов Западной Сибири сокращается поступление в почву растительных остатков, азота и зольных элементов, наблюдается обеднение гумусом и общим азотом пахотного слоя. Прирост планируемого сбора продукции в земледелии в будущем на 50-60% будет определяться внесением удобрений. В настоящее время в производстве основным способом улучшения питательного режима остается мобилизация основных элементов плодородия путем интенсивной обработки, что приводит к снижению плодородия и гумусированности черноземных почв.

Азотное питание. Азот - один из основных элементов, необходимых для растений. Исследования показали, что сокращение интенсивности и глубины обработки почвы под ячмень ослабляет процесс нитрификации, и содержание нитратного азота в верхних слоях почвы к посеву уменьшается. Так, на отвальной обработке почвы содержание N-NO3 на контрольном варианте в слое 0-20 см оценивалось по шкале А.Е. Кочергина как высокое (22,7 мг/кг), плоскорезной обработке среднее (17,1 мг/кг) и минимальном варианте-низкое (13,0 мг/кг). Аналогичная закономерность наблюдается и в слое почвы 0-40 см (табл.1). Применение комплексной химизации при систематическом внесении азотно-фосфорных удобрений способствовало повышению содержания органических остатков и нитратного азота в 2 раза, причем различия по вариантам обработки почвы сглаживалось и составляло 35-44 мг/кг. К периоду уборки произошло значительное снижение запасов нитратного азота до 4,4-7,2 мг/кг почвы в слое 0-40 см. На контроле содержание варьировало от 4,4-6,9 мг/кг, а на фоне комплексной химизации, в связи с большим выносом урожаем, обеспеченность оценивалась как очень низкая независимо от вариантов обработки почвы, и колебалось в пределах 4,5-7,2 мг/кг.

Таблица 1. Содержание нитратного азота в почве под посевами ячменя

в зависимости от основной обработки почвы и применения средств химизации (в среднем за 2003-2005 гг.)

Обработка почвы	Контроль (без средств химизации)	Комплексная химизация
	в слое 0-20 см, кг/га	в слое 0-40см, мг/кг	в слое 0-20 см, кг/га	в слое 0-40см, мг/кг
Перед посевом
Отвальная	22,7	17,8	43,5	31,9
Плоскорезная	17,1	15,2	34,9	23,4
Минимальная	13,0	9,7	43,8	31,2
среднее	17,6	14,2	40,7	28,8
После уборки
Отвальная	6,4	6,9	7,4	5,2
Плоскорезная	6,0	4,4	6,0	4,5
Минимальная	6,4	4,9	11,4	7,2
среднее	6,3	5,4	8,3	5,6

Фосфорное питание. Фосфору принадлежит ведущее значение в создании урожая зерна пивоваренного ячменя. Содержание доступного фосфора на контрольном варианте перед посевом, по всем вариантам обработки почвы, согласно шкале обеспеченности зерновых культур этим элементом по Чирикову оценивается как повышенное (105,4-115,4 мг/кг) и слабо изменялось по вариантам обработки почвы (табл. 2). Систематическое применение фосфорных удобрений в рекомендованных нормах со временем привело к повышению содержания подвижного фосфора в среднем на 33 мг/кг или на 29,8% без заметных различий по вариантам обработки почвы. К уборке культуры, в связи с более повышенным выносом урожаем содержания подвижного фосфора имело тенденцию к снижению на 4,6-5,9% (табл. 2).

Калийное питание. Калий - также необходимый элемент питания растений (табл. 2). Оценка обеспеченности посевов пивоваренного ячменя подвижным калием по Чирикову показала очень высокий её уровень во всех вариантах систем обработки почвы и применения средств химизации, при некотором повышении на плоскорезном варианте обработки почвы.

Таблица 2. Содержание подвижного фосфора и калия в почве (в слое 0-20 см) под ячменем в зависимости от основной обработки почвы и применения средств химизации (в среднем за 2003-2005 гг.)

Обработка почвы	Фосфор, мг/кг	Калий, кг/100г
	Срок определения
	посев	уборка	посев	уборка
Контроль
Отвальная	115,4	109,8	29,2	30,0
Плоскорезная	105,4	100	36,7	39,2
Минимальная	113,3	109,2	33,3	35,8
Среднее	111,4	106,3	33,0	35,0
Комплексная химизация
Отвальная	156,7	150	27,5	26,7
Плоскорезная	130,8	121,7	31,7	28,2
Минимальная	146,7	136,7	26,7	23,0
Среднее	144,7	136,1	28,6	26,0

Влияние обработки и применения средств химизации на экологические свойства почвы

Применение почвозащитных обработок, интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур с увеличением норм внесения удобрений и других химических средств для повышения урожая отражаются на почвенном плодородии, одним из показателей которого являются биологическая активность. Известно, что микроорганизмы встречаются в почве в большом количестве, а их клетки составляют значительную часть органического вещества почвы, которых на 1 га в пахотном слое содержится до 20 тонн. Микробиологическая активность является чутким индикатором экологического состояния почв.

Применение почвоохранных приемовобработки почвы обусловливает гетерогенность почвенного профиля по биологической активности: усилением биогенности пахотного (0-20 см) слоя и снижением численности и активности микрофлоры подпахотного (20-30 см). Длительное применение ресурсосберегающих приемов обработки почвы в севооборотах зернового направления приводит к снижению накопления нитратов по сравнению с отвальной обработкой (табл.3). В то же время за годы исследований на почвоохранной обработке почвы относительно эрозионноопасной вспашки отмечалось повышение большинства групп микроорганизмов, в том числе и потенциальной нитрификационной способности почвы с 22,7 до 27,0 мг/кг. Суммарный показатель биологической активности почвы как разложение целлюлозы за период вегетации на почвозащитной обработке почвы возрастает с 54,2 до 64,7% или в 1,2 раза. Длительное систематическое применение умеренных доз азотно-фосфорных удобрений положительно влияло на численность почвенных микроорганизмов и их активность стимулируя рост нитрифицирующих бактерий, грибов, целлюлозолитическую и нитрификационную активность почвы. Систематическое применение гербицидов группы 2,4-Д в рекомендованных нормах не вызывает существенных сдвигов в биологической активности почвы.

Таблица 3. Влияние систем длительной обработки неудобряемой черноземной почвы на биологическую активность пахотного и подпахотного слоев под посевами ячменя, в среднем за вегетацию 2003-2005 гг.

Показатель биологической активности почвы	Отвальная	Плоскорезная
	0-20	20-30	0-30	0-20	20-30	0-30
Численность микроорганизмов: - бактерий на МПА, млн.	21,5	25,3	22,7	26,7	18,0	23,6
- олигонитрофилов, млн.	109,7	104,2	107,8	138,5	75,5	117,5
-мобилизующих минеральные фосфаты, млн.	106,5	84,7	99,2	109,2	55,7	91,4
- нитрификаторов, тыс.	2,4	2,5	2,5	2,4	1,5	2,0
- грибов, тыс.	29,2	17,0	25,1	31,4	15,0	25,9
- общее количество (условно), млн.	237,7	214,2	229,7	274,4	149,2	232,5
Нитрификационная способность, N-N03 в мг/кг	24,0	19,6	22,5	30,7	19,6	27,0
Разложение целлюлозы, %	54,3	50,3	54,2	68,6	60,7	64,7

Экологическая оценка содержание тяжелых металлов, остатков пестицидов, радионуклидов в почве

В условиях возрастающего воздействия антропогенеза охрана окружающей среды стала одной из крупнейших социальных и экономических проблем. В настоящее время в биосферу поступает свыше 500 тыс. разновидностей химических веществ-продуктов техногенеза, большая часть которых накапливается в почве. Среди загрязнителей значительное место занимают тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды. Результаты исследования показали, что содержание подвижных форм тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, хрома) в исследуемых почвенных образцах были значительно ниже ПДК. Содержание меди в почвенных образцах было ниже ПДК в среднем в 10,4 раз в вариантах без химизации, в 9,4 раза-при применении комплексной химизации, цинка-в 77 и 92 раза соответственно, свинца-в среднем в 6,2 и 5,8 раза, хрома-в 4,9 и 3,3 раза, кадмия-7,7 и 6,7 раза во всех местах отбора образцов (табл. 4).

Исследования показали, что содержание ГХЦГ и его изомеров во всех почвенных образцах было меньше 0,005 мг/кг, что более чем в 14,3 раза ниже по сравнению с ПДК (табл. 5). Содержание ДДТ и его метаболитов было меньше предельно допустимой концентрации более чем в 20 раз и составило < 0,007 мг/кг. Концентрация 2,4-Д кислоты, ее солей и эфиров была ниже в 10 раз по сравнению с предельно допустимой концентрацией (< 0,01 мг/кг), а концентрация тилта - в 20 раз (< 0,01 мг/кг).

Таблица 4. Содержание тяжелых металлов и радионуклидов в почве

Место отбора образца	Содержание химических элементов, мг/кг	Радионуклиды, Бк/кг
	Cu	Cd	Сг	Zn	Pb	Cs-137	Sr-90
К - 1	0,3	0,14	1,0	0,21	1,03	7,1	1,8
К - 3	0,27	0,11	1,0	0,28	0,91	7,2	1,6
Среднее по К	0,29	0,13	1,0	0,25	0,97	7,15	1,7
КХ - 1	0,24	0,14	1,9	0,24	1,0	7,0	2,5
КХ - 3	0,39	0,16	1,7	0,25	1,1	7,1	1,9
Среднее по КХ	0,32	0,15	1,8	0,24	1,05	7,05	2,2
ПДК	3,0	1,0	6,0	23,0	6,0	80	140

Примечания: К - контроль, КХ - комплексная химизация;

1 - отвальная обработка, 3 - минимальная обработка почвы.

Таблица 5. Содержание остатков пестицидов в почве, мг/кг

Пестициды	Содержание в почве	ПДК\ОДК в почве
ДДТ и его метаболиты	< 0,007	0,1\
ГХЦГ и его изомеры	< 0,005	0,1\
2,4-Д кислота, ее соли и эфиры	< 0,01	0,1\
Тилт	< 0,01	\0,2

Таким образом, длительное рациональное применение средств химизации не приводит к накоплению опасных количеств остатков пестицидов, как в почве, так и в сельскохозяйственной продукции.

Содержание радионуклидов (Cs-137 и Sr-90) во всех почвенных образцах было значительно ниже ПДК и имело фоновые параметры. Полученные данные показали, что длительное научно обоснованное рациональное применение средств химизации не оказывает влияния на содержание Cs-137 в почве. Как в контрольном варианте, так и на фоне комплексной химизации содержание Cs-137 в 11,1 раза было ниже предельно допустимого уровня. Содержание Sr-90 при применении комплексной химизации было ниже ПДК в 63,6 раза.

Экологическая оценка состояния и изменения в агрофитоценозе ячменя при длительном воздействии систем обработки почвы и средств интенсификации.

Засоренность посевов и видовой состав агрофитоценоза

Вся история земледелия свидетельствует о постоянном поиске и совершенствовании способов ведения хозяйства, но неизменно одной из главных его проблем оставалась и продолжает заботить-защита посевов от сорной растительности. Из-за повышенной засоренности посевов зерновых культур ежегодные потери урожая только в Омской области составляют до 20-30% или сотни тысяч тонн зерна. Длительное применение антропогенных факторов воздействия на агрофитоценоз посевов ячменя (обработка почвы, интенсивные технологии выращивания культуры) со временем оказали существенное влияние на количественные и качественные параметры сорного компонента. При рассмотрении полученных экспериментальных данных установлено, что на вес культуры повлияли не только приемы обработки почвы, но и степень интенсификации при выращивании посевов ячменя. На контроле выявилась следующая тенденция: преобладающее количество культурных растений прослеживалось на фоне отвальной обработке почвы-1941 г/м2, на плоскорезной-1744,5 г/м2 и на минимальной-1632,5 г/м2.

Если сравнивать уровень интенсификации посевов то можно сделать следующие выводы, что наибольший вес культуры был на фоне комплексной химизации, и составил 2636 г или 77,7 %, самый меньший на фоне без химизации (контроль) и составил-834 г (57,5 %). Применение гербицидов и удобрений повышало вес снопа в 2,1-2,2 раза. Если рассматривать засоренность посевов, то больше всего сорняков наблюдается на плоскорезной обработке почвы-36,2%. Рассматривая фоны химизации можно выявить, что больший уровень засоренности наблюдался на контроле и при применении удобрений-41,8%, так как удобрения стимулируют рост не только культурных, но и сорных растений. Если сравнивать эти данные с предложенной шкалой академика РАСХН Милащенко, то эти фоны можно отнести к разряду очень сильно засоренных (более 30%) (табл. 6).

Следовательно, приемы обработки почвы и средства интенсификации, применяемые при выращивании пивоваренного ячменя, оказывают существенное влияние на состояние агрофитоценоза культуры и видовой состав сорных растений. Применение поверхностных почвозащитных обработок способствует нарастанию засоренности агрофитоценоза и повышению в видовом составе удельной массы мятликовых сорняков. Внесение удобрений провоцирует нарастание засоренности посевов ячменя. Применение химической прополки посевов способствует снижению засоренности агрофитоценоза в среднем в 1,7 раза, что значительно повышает урожайность зерна. Максимальное подавление сорной растительности обеспечивает комплексная интенсификация снижающая засоренность посевов относительно контроля более чем в 2 раза.

Таблица 6. Засоренность посевов ячменя в зависимости от приема обработки почвы и средств химизации (в среднем за 2003-2005гг.).

Обработка	Хими зация	Вес куль туры, %	Всего сорня ков, %	Видовой состав сорняков
				мятликовые, %	однолетние двудольные	корне отпрыс-ковые,%
					устойчивые,%	чувствительные,%
Отвальная	К	54,6	45,4	28	3,6	1,3	8,0
	Г	80	20	78,9	1,1	0	0,1
	У	64	36	18,4	1,7	0	0,1
	КХ	79,4	20,6	34,3	0,8	0,8	0,3
Среднее	69,5	30,5	24,9	1,8	0,5	2,2
Плоскорезная	К	61,5	38,5	28	7,3	1,2	2,0
	Г	73	27	22,9	3,0	0	1,4
	У	41,2	58,8	48	3,5	0,03	7,3
	КХ	79,5	20,5	25,6	1,6	0,2	0
Среднее	63,8	36,2	31,2	3,9	0,4	2,7
Минимальная	К	56,5	43,5	30,5	5,4	0,4	5,9
	Г	76,7	23,3	20	2,0	0	2,3
	У	69,4	30,6	26,4	2,3	0	0
	КХ	80,6	19,4	18,7	0,8	0,3	02
Среднее	70,8	29,2	23,9	2,7	0,2	2,0

Примечание: К - контроль, Г - гербициды, У - удобрения, КХ - комплексная химизация

Экологическая оценка фитопатологического состояния посевов ячменя

При возделывании зерновых культур на основе минимизации обработки почвы в тактике защиты растений от корневых гнилей и предотвращения заболевания проростков и всходов, возрастает роль качества семян, тщательного их протравливания и оптимальных сроков посева и глубины заделки в почву. Установлено, что фитосанитарное состояние посевов улучшается, и потери зерна от обыкновенной корневой гнили в 1,5-2 раза меньше на минимальной и плоскорезной обработке почвы, чем на посевах по вспашке.

При внедрении интенсивных технологий возделывания зерновых культур из-за микроклимата в посевах возрастает вредоносность листостебельных патогенов. Применение средств защиты растений, которые предусматриваются в этой технологии, связано не только с затратами, но и, главное, с возможным отрицательным воздействием на окружающую среду при неразумном применении средств интенсификации.

Установлено, что распространение бурой ржавчины в посевах ярового ячменя не превышало 10 %, при степени поражения растений до 1,1 %, что было ниже порога вредоносности данного заболевания. Степень же поражения гельминтоспориозом в годы исследований достигала 4,5%. Распространение гельминтоспориоза варьировало от 10 до 70 %, снижаясь от отвальной обработки до минимального варианта с 70 до 32% или более чем в 2 раза

Применение фунгицида (ТИЛТ-250) позволило снизить распространение гельминтоспориозной пятнистости листьев ячменя в среднем с 52 до 21% или в 2,5 раза при подавлении патогенов бурой ржавчины. В отдельные годы воздушно-капельные инфекции оказали существенное влияние на культуру, о чём свидетельствует анализ продуктивности. Применение системного фунгицида по первым признакам листостеблевых инфекций позволило подавить развитие патогенов и повысить урожайность зерна ячменя в среднем на 0,23 т/га.

распространение развитие

Примечание: К-контроль, КХ-комплексная химизация

Рисунок 2. Распространение и развитие гельминтоспориоза на посевах ячменя в зависимости от технологии возделывания в 2003-2005гг.

Эколого-биологические показатели посевов ячменя в зависимости от системы обработки почвы и средств химизации

В годы проведения исследований на формирование структуры урожая в основном влияли: погодные условия в течение вегетации, засорённость посевов, наличие вредителей и болезней культуры, а также антропогенные факторы. Потенциал урожайности зерновых культур во многом определяется продуктивной кустистостью, количеством продуктивных стеблей на единице площади, числом зерен в колосе, массой 1000 зерен. Показатели массы снопа ячменя в среднем возросли на фоне комплексной химизации до 856 г/м2 или в 1,9 раза по сравнению с контролем (451 г/м2). Увеличилось также количество растений на единице площади в 1,5 раза (47,4 %). Продуктивный стеблестой на фоне комплексной химизации составило 341 шт/м2, что в 1,6 раза больше аналогичного показателя на контрольном варианте (213 шт/м2). Длина растений и длина колоса не изменялась при применении средств химизации. Одним из важнейших показателей структуры урожая является масса 1000 зёрен, характеризующая крупность зерна и степень его выполненности. Число зерен в колосе практически не изменялось, однако масса 1000 зерен увеличилась на 15 %.

Следовательно, доминирующее влияние на улучшение элементов структуры урожая оказывает применение средств интенсификации, в то время различия между приемами обработки почвы менее заметны. В целом комплексное применение средств интенсификации в большей степени способствует улучшению таких показателей роста продуктивности как вес снопа (в 1,9 раза), число продуктивных стеблей (в 1,6 раза), коэффициент кустистости ячменя (на 14 %), число зерен в колосе (на 15 %), что в итоге оказало существенное влияние на урожайность культуры.

Изучаемые антропогенные факторы воздействия на агрофитоценоз посевов ячменя оказали существенное влияние на продуктивность культуры. Если на контроле (без применения средств интенсификации) урожайность зерна ячменя составила всего 1,16 т/га при преимуществе эрозионноопасной энергоемкой вспашки, то средства интенсификации при их раздельном и комплексном применении оказали существенное влияние на продуктивность культуры и эффективность приемов обработки почвы.

Увеличение урожайности в варианте с совместным применением удобрений и гербицидов при отвальной системе обработки почвы составило 1,63 т/га (119 %), при минимальной и плоскорезной системах обработки почвы она также была очень существенной 1,60-1,81 т/га или повышение продуктивности ячменя относительно контроля было в 2,6-2,7 раза (рис.3).

НСР05(по обработке почвы)=0,27 т/га; НСР05(по химизации)=0,34 т/га

Рисунок 3. Урожайность зерна пивоваренного ячменя за 2003-2005 гг. (в т/га)

Прибавки зерна (т/га) от применения:

гербицидов (Г) -1,02 (187,9%);

удобрений (У) - 1,33 (214,7%);

гербицидов и удобрений (Г+У) - 1,71 (247,4%);

фунгицидов (Ф) - 0,23 (8,0%);

ретардантов (Р) - 0,1 (3,2%)

комплексной химизации (КХ) - 2,04 (275,9%).

При возделывании пивоваренного ячменя отмечается преимущество вариантов с комплексным применением средств интенсификации. Данный вариант технологии обеспечил наибольшую прибавку зерна ячменя к контрольному варианту-2,04 т/га или урожайность повысилась в 2,76 раза. В среднем по всем фонам с химизацией получена практически равная урожайность зерна с тенденцией повышения на отвальной обработке почвы относительно почвозащитных вариантов (на 4,8-8,8 %). В то же время при рациональном применении средств интенсификации и оптимизации факторов роста урожайности культуры (засоренность, питательный режим, инфекции, полегание стеблестоя) преимущество имеет ресурсосберегающая, почвоохранная минимальная система обработки почвы под ячмень-3,29 т/га, обеспечивающая защиту почвы от дефляции, снижение энергозатрат и воспроизводство почвенного плодородия.

Выяснение доли участия каждого антропогенного фактора, влияющего на урожайность культуры, определение его количественных характеристик. Возможность оперативного и грамотного их регулирования в конечном итоге, способствуют усовершенствованию технологии возделывания ячменя в лесостепных агроландшафтах Западной Сибири и получению высоких и стабильных урожаев качественного зерна.

Экологическая оценка содержание тяжелых металлов, остатков пестицидов в конечной сельскохозяйственной продукции

Загрязнение тяжелыми металлами и остатками пестицидов растений и растительной продукции представляет прямую опасность для человека и животных. Содержание остаточных количеств пестицидов в растительной продукции является важным и в ряде случаев лимитирующим показателем ее качества, на который обращают серьезное внимание при экспорте-импорте зерна (табл.8).

Таблица 8. Содержание остатков пестицидов в конечной

сельскохозяйственной продукции ячменя, мг/кг

Пестициды	Содержание в зерне	ПДК в зерне
ДДТ и его метаболиты	< 0,007	0,02
ГХЦГ и его изомеры	< 0,001	0,5
2,4-Д кислота, ее соли и эфиры	не обнаружено	0,005
Тилт	не обнаружено	0,1

Таблица 9. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в зерне

Фон химизации	Содержание химических элементов, мг/кг
	Cu	Zn	Cd	Ni	Pb
К	2,01	20,6	0,077	0,055	0,19
КХ	1,60	18,4	0,054	0,125	0,12
ПДК	10,0	50,0	0,1	0,5	0,5

Примечания: К - контроль, КХ - комплексная химизация.

Исследования показали, что содержание ГХЦГ и его изомеров, тилта и 2,4-Д кислоты, ее солей и эфиров в образцах зерна не обнаружено. Концентрация ДДТ была меньше чем 0,007 мг/кг, что в 3 раза ниже ПДК, концентрация ГХЦГ и его изомеров составило 0,001 мг/кг, что оказалось ниже ПДК в 500 раз. Таким образом, длительное применение средств химизации при разумном применении не приводит к накоплению опасных количеств остатков пестицидов, не только в почве, но и в конечной сельскохозяйственной продукции (зерно). Содержание меди в образцах зерна было ниже ПДК в среднем в 5 раз в вариантах без химизации, в 6,2 раза-при применении комплексной химизации, цинка - в 2,5 и 2,7 раза соответственно, свинца-в среднем в 2,7 и 4,2 раза, никеля-в 9 и 4 раза, кадмия-1,3 и 1,9 раза во всех местах отбора образцов. Установлено, что на фоне длительного комплексного применения средств интенсификации большинство тяжелых металлов в зерне ячменя было меньше чем на контроле и существенно ниже ПДК.

Экологическая пластичность пивоваренных свойств ячменя в условиях южной лесостепи Западной Сибири

Проблема производства и использования белка в сельском хозяйстве с каждым годом приобретает все более острый характер. При возделывании ячменя в вариантах с почвозащитной обработкой в условиях 2003-2005гг. получено низкобелковое зерно, что важно для пивоваренной промышленности. Содержание белка в этом случае колебалось от 9,0 до 11,9 %. При применении средств химизации происходило незначительное увеличение белковости во всех изучаемых вариантах по обработкам почвы. Если рассматривать средние данные то они варьируют в пределах от 11,6 до 11,9, то есть не превышают показателей ГОСТ (12%). Отвальная обработка почвы не только со временем разрушает почвенный покров, но и выращенное зерно имеет более высокий процент белковости (10,7-11,9%), что в среднем составляет 11,4%. Следовательно, низкобелковое зерно характерно для минимальной почвозащитной обработки и здесь показатели варьируют 10,1-11,8 и среднее равно 10,9%.

Исследования, проведённые по изучению влияния приёмов обработки почвы на содержание крахмала, не выявили резких различий по вариантам. Изменение показателя крахмалистости зерна варьировало от 58,1 до 62,4 %.

Плёнчатость - это отношение массы цветочных плёнок к массе всего зерна, выраженное в процентах. Показатель не регламентируется ГОСТ, но контролируется пивзаводами под термином "мякинная оболочка" и должен быть около 9,0-11,0 %. Исследования показали, что в условиях лесостепи формировалось зерно с плёнчатостью 8,9 % с колебаниями 8,0-11,7 %, то есть вполне удовлетворяло требованиям пивоваренной промышленности.

Таким образом, в условиях лесостепи Западной Сибири задача обеспечения пивоваренной промышленности местным сырьём может быть решена, с одной стороны, путём создания пивоваренных сортов ячменя, адаптированных к местным условиям (Омский 90, Омский 91), с другой стороны, применением отдельных агротехнических приёмов, включая ресурсосберегающие почвоохранные приемы обработки почвы, позволяющих наиболее полно использовать сложившиеся климатические ресурсы агроландшафтов лесостепной зоны Западной Сибири.

Выводы

1. В лесостепных агроландшафтах Западной Сибири ячмень адаптивен к местным почвенно-климатическим условиям региона. Установлено, что сорт местной селекции (Омский 90) обладает скороспелостью, засухо- и солеустойчивостью, высокой продуктивностью, многоплановым использованием и поэтому посевы его в регионе должны быть расширены до 8-12% в структуре использования пашни.

2. Выявлено, что при длительном (33 года) антропогенном воздействии на черноземные почвы (почвоохранные системы обработки и рациональное применение средств интенсификации) во взаимосвязанной сложной биоэкосистеме (почва-посевы ячменя-конечная продукция) происходят направленные закономерные изменения, которые заключаются в следующем: повышается содержание водопрочных агрегатов в поверхностном слое почвы до 63% и снижается податливость почв к дефляции; коэффициент водопотребления на формирование 1 тонны зерна ячменя снижается в 2,7 раза; уменьшается накопление нитратного азота относительно вспашки на 23-41%; повышается содержание подвижного фосфора в среднем на 25-30%; обеспеченность почвы обменным калием повышается на почвозащитных вариантах на 14-26%; возрастает численность почвенных микроорганизмов и их активность, стимулируется рост нитрифицирующих бактерий, грибов, целлюлозолитическая и нитрификационная активность почвы; при комплексном применении средств интенсификации снижается засоренность посевов в 2,1 раза; распространение гельминтоспориозной пятнистости листьев ячменя уменьшается с 52 до 21% или в 2,5 раза; возрастает масса снопа культуры в структуре урожая в среднем на 405 г/м2 (89,8 %), продуктивная кустистость растений на 14%, количество продуктивных стеблей на 60%.

3. При рациональном применении средств интенсификации и оптимизации факторов роста урожайности культуры (засоренность, водный и питательный режим, инфекции, полегание стеблестоя и т.д.) преимущество имеет ресурсосберегающая, почвоохранная система обработки почвы под ячмень-3,29 т/га, что в 2,9 раза превышает контроль и обеспечивает защиту почвы от дефляции и воспроизводство почвенного плодородия.

4. Проведенные исследования показали, что длительное (33 года) применение средств интенсификации не ухудшало экологическое состояние почв, так содержание подвижных форм тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов в почвенных образцах было значительно ниже ПДК и составляет по меди в среднем в 10,4 раз в вариантах без химизации, в 9,4 раза-при применении комплексной химизации, цинка - в 77 и 92 раза соответственно, свинца-в среднем в 6,2 и 5,8 раза, хрома-в 4,9 и 3,3 раза, кадмия-7,7 и 6,7; ГХЦГ и его изомеров во всех почвенных образцах было меньше 0,005 мг/кг, или в 14,3 раза ниже по сравнению с ПДК; ДДТ и его метаболитов было меньше предельно допустимой концентрации более чем в 20 раз и составило < 0,007 мг/кг; остатков 2,4-Д кислоты, ее солей и эфиров была меньше в 10 раз по сравнению с предельно допустимой концентрацией (< 0,01 мг/кг), а концентрация тилта - в 20 раз (< 0,01 мг/кг); содержание Cs-137 в 11,1 раза было ниже предельно допустимого уровня; стронция-90 при применении комплексной химизации ниже ПДК в 63,6 раза.

5. Исследованиями установлено, что содержание подвижных форм тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, никеля, кадмия) в образцах зерна значительно ниже ПДК и составляло по меди в среднем в 5 раз в вариантах без химизации, в 6,2 раза-при применении комплексной химизации, цинка - в 2,5 и 2,7 раза соответственно, свинца-в среднем в 2,7 и 4,2 раза, никеля-в 9 и 4 раза, кадмия-1,3 и 1,9 раза во всех местах отбора образцов; содержание ГХЦГ и его изомеров, тилта и 2,4-Д кислоты, ее солей и эфиров в образцах зерна не обнаружено; концентрация ДДТ меньше чем 0,007 мг/кг, что в 3 раза ниже ПДК, концентрация ГХЦГ и его изомеров составило 0,001 мг/кг, что оказалось ниже ПДК в 500 раз.

Предложения производству

1. В лесостепных агрорандшафтах Западной Сибири при выращивании ячменя Омский 90 на товарные и пивоваренные цели для повышения плодородия, продуктивности зерна (до 3,2-3,5 т/га) и улучшения технологических свойств конечной продукции применять научно-обоснованные, рациональные, экологически безопасные средства интенсификации и почвоохранные, ресурсосберегающие приемы обработки почвы в севооборотах зерновой специализации с расширением площади выращивания.

2. При внедрении рекомендованных технологий необходимо осуществлять контроль и предпринимать меры по охране окружающей среды, проводить экологический мониторинг за состоянием почв и конечной сельскохозяйственной продукции (зерно).

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Прокуратова А.С., Кольс О.Е., Ложкина Н.И., Калиненко Н.А. Развитие грибных листостебельных болезней зерновых культур при применении интенсивной технологии в южной лесостепи Западной Сибири//XV Ершовские чтения: межвузовский сборник научно-методических статей / Под ред. Т.С. Лукошковой. - Ишим: изд. ИГПИ им. П.П. Ершова, 2006. - С. 229-230.

2. Прокуратова А.С., Кольс О.Е., Ложкина Н.И., Калиненко Н.А. Развитие листостебельных болезней зерновых культур при длительном применении средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири//Фундаментальные исследования: научно-теоретический журнал №8/М: «Академия естествознания», 2006. - С. 66-67.

3. Прокуратова А.С., Кольс О.Е., Ложкина Н.И., Калиненко Н.А. Характер развития листостебельных болезней зерновых культур при длительном применении средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири//Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность: Материалы международной научной конференции / Под ред. В.Н. Скворцова. - С-Пб, 2006. - С. 170-172.

4. Прокуратова А.С., Ложкина Н.И., Калиненко Н.А., Кольс О.Е. Меры борьбы с сорной растительностью в условиях урбоэкосистемы южной лесостепи Западной Сибири//Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития: материалы 1 международной научно-практической конференции /Отв.ред. Н.Н. Никитина - Ишим: ИГПИ им. П.П. Ершова, 2006. - С. 36-38.

5. Прокуратова А.С., Калиненко Н.А., Юшкевич Л.В. Качество зерна пивоваренного ячменя в зависимости от технологии возделывания и средств химизации в южной лесостепи Западной Сибири//Эколого-экономическая эффективность природопользования на современном этапе развития Западно-Сибирского региона: Материалы международной научно-практической конференции. - Омск: Издательский дом «Наука», 2006. - С. 204-207.

6. Прокуратова А.С., Калиненко Н.А., Юшкевич Л.В. Урожайность и засоренность агрофитоценозов посевов пивоваренного ячменя в зависимости от технологии выращивания в южной лесостепи Западной Сибири/XV Ершовские чтения: межвузовский сборник научно-методических статей / Под ред.

Т.С. Лукошковой. - Ишим: изд. ИГПИ им. П.П. Ершова, 2006. - С. 233-236.

7. Прокуратова А.С., Калиненко Н.А., Юшкевич Л.В. Влияние интенсификации и ресурсосбережение при выращивании ярового пивоваренного ячменя в южной лесостепи Западной Сибири//Омская биологическая школа: Межвузовский сборник научных трудов. Ежегодник. / Под ред. Б.Ю. Кассала. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2006. - (Вып. 3) - С. 32-41.

Размещено на Allbest.ru

...