Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Дифференцированная основная обработка лугово-чернозёмной почвы при различном уровне минерального питания в Северном Зауралье

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Дифференцированная основная обработка лугово-чернозёмной почвы при различном уровне минерального питания в Северном Зауралье"

а правах рукописи

005062342

Семпзоров Сергей Алексеевич

Дифференцированная основная обработка лугово-чернозёмной почвы при различном уровне минерального питания в Северном Зауралье

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

I 7 !-ЮН ¿>113

Красноярск - 2013

005062342

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет

Северного Зауралья»

Научный руководитель: доктор с.-х. наук, профессор

Абрамов Николай Васильевич

Официальные оппоненты." доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, зав. кафедрой общего земледелия ФГБОУ ВПО Красноярского государственного аграрного университета, Едимеичев Юрий Федорович;

кандидат сельскохозяйственных наук, директор ГНУ Алтайский научно исследовательский институт сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук, Гаркуша Алексей Анатольевич.

Ведущая организация: ГНУ Сибирский научно исследовательский

институт земледелия и химизации Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится «3» июля 2013 года в 1300 час. на заседании диссертационного совета Д 220.037.06 при Красноярском государственном аграрном университете, 660049, г. Красноярск, пр. Мира 90. тел./факс: +7(391) 227-36-09, e-mail: dissovet@kagau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «iff » jU. CXJj 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.с-х. наук

Халипский А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. На современном этапе развития земледелия основным направлением совершенствования механической обработки почвы считается минимализация — снижение её интенсивности за счёт сокращения числа и глубины обработок, совмещения ряда технологических операций за один проход агрегата по полю путём применения комбинированных машин и орудий.

В различных почвенно-климатических условиях Западной Сибири установлено, что наиболее прогрессивной обработкой считается дифференцированная (комбинированная), которая применяется с учётом физических свойств пахотного слоя, типа засоренности поля, погоды и биологических особенностей культуры (С.С. Сдобников, 1968; В.А. Федоткин, 1968; М.З. Журавлев, 1969; A.M. Ситников, 1990; В.Г. Холмов, 1990; Н.В. Абрамов, 1992; B.JI. Ершов, 2001; А.Н. Власенко, В.К. Каличкин, Ю.П. Филимонов, 2003 и другие).

Техническое перевооружение аграрного сектора Тюменской области, расширение спектра средств защиты растений, увеличение норм минеральных удобрений позволяют уровнять агротехнический эффект глубоких и мелких обработок. При этом в системе дифференцированной обработки почвы следует изучить использование поверхностных, глубоких отвальных и безотвальных обработок в сочетании со вспашкой и чизелеванием, а также установить уровень минерального питания, который обеспечивает получение максимально возможного и экономически оправданного урожая зерновых при условии сохранения плодородия почв.

Цель исследования: установить пути минимализации в системе дифференцированной основной обработки лугово-чернозёмной почвы при различных уровнях минерального питания в условиях Северного Зауралья.

Задачи исследования: провести сравнительную оценку влияния системы дифференцированной основной обработки почвы в трёхпольном зерновом с занятым паром севообороте при различном уровне минерального питания и комплексной защите растений на:

- агрофизические показатели лугово-чернозёмной почвы (структуру, плотность, температурный и водный режим);

- агробиологические показатели (гумус, микробиологическую активность почвы и засорённость посевов яровой пшеницы);

- агрохимические показатели (кислотность почвы и содержание в ней

- продуктивность зернового с занятым паром севооборота;

- экономическую и биоэнергетическую эффективность системы дифференцированной основной обработки почвы.

Научная новизна. В условиях Северного Зауралья впервые установлено, что минимализация в системе дифференцированной основной обработки лугово-чернозёмной почвы включающей в себя: поверхностную под пше-

NPK);

ницу и чизелевание под однолетние травы, а так же исключение основной обработки в течении трёх лет после отвальной при различном уровне минерального питания — положительно влияют на процесс формирования агрофизических, биологических и агрохимических свойств почвы. Выявлена закономерность формирования экономически и биоэнергетический оправданной продуктивности агроценозов в зависимости от изученных систем основной обработки почвы и удобрений.

Основные положения, выносимые на защиту.

В трёхпольном зерновом с занятым паром севообороте при комплексной защите растений:

- система дифференцированной основной обработки почвы с применением (после отвальной в предыдущие годы) чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а также поверхностной и исключение основной обработки в течение трёх лет, способствует формированию благоприятных агрофизических свойств лугово-чернозёмной почвы;

- различный уровень минерального питания в системе дифференцированной обработки почвы позволяет сформировать продуктивность севооборота с рентабельностью 75-88 % и получить урожай яровой пшеницы до 4,19 т/га.

Практическая значимость результатов исследований.

Дифференцированная система основной обработки лугово-чернозёмной тяжелосуглинистой почвы с элементами минимализации при внесении минеральных удобрений на планируемую урожайность зерновых 3,00 и 5,00 т/га улучшают агрофизические, агрохимические и агробиологические показатели лугово-чернозёмной почвы. Экономическая и биоэнергетическая оценка обосновывает целесообразность применения дифференцированной обработки, которая предусматривает поверхностное рыхление под зерновые и чизелевание под паровое поле занятым однолетними травами а так же исключение основной обработки почвы. При комплексной защите растений и внесении минеральных удобрений из расчёта на урожайность 3,00 т/га позволяет получить зерно с наивысшей рентабельностью 95 % и наибольшим энергетическим коэффициентом 4.

Апробация работы: Основные положения диссертации доложены автором на научно-практических конференциях молодых учёных (Тюмень, 2009-2011 гг.), на международной научно-практической конференции «Научные инновации аграрному производству» (Омск, 2013 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 204 страницах и содержит: введение, пять глав текста с 28 таблицами и 14 рисунками, выводы и предложения производству, список использованной литературы из 199 наименований, включая 15 зарубежных авторов, и 51 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние изучаемого вопроса

В главе сделан анализ ранее проведённых исследований, направленных на минимализацию основной обработки почвы в сравнении со вспашкой.

2. Условия и методика проведения исследований

Исследования по изучению эффективности дифференцированной основной обработки почвы при различных уровнях минерального питания проводились в 2009-2011 гг., в трёхпольном зернопаровом с занятым паром севообороте: однолетние травы - яровая пшеница — яровая пшеница на опытном поле ГАУ Северного Зауралья, расположенном в северной лесостепи Тюменской области.

Климат в северной лесостепи континентальный, характеризуется холодной, продолжительной зимой и коротким, умеренно жарким летом. Среднегодовое количество осадков составляет 450 мм, из них около 233 мм выпадает за вегетационный период. Сумма эффективных температур выше 5 °С колеблется в пределах 1900-2050 °С, а сумма активных температур выше 10 °С- 1860-1940 °С.

По погодным условиям за период исследования, менее благоприятным для роста и развития сельскохозяйственных культур был 2009 год из-за недостатка атмосферных осадков в первой половине вегетации. Погодные условия 2010 г. характеризовались как удовлетворительные для формирования продуктивности агроценозов, а 2011 г. — благоприятным.

Почва на опытном участке - лугово-чернозёмная, осолоделая, маломощная, тяжёлосуглинистая с более высоким залеганием грунтовых вод (3-5 м) в отличие от рядом сформированных выщелоченных чернозёмов. Среднее содержание гумуса в слое 0-30 см - 7,69-8,06 %.

Опыт с защитными полосами занимает 22 088 м2 (251x88 м). Ширина защитной полосы между полями 4 м и между делянками 2 м. Учётная площадь делянки 100 м2 (25x4 м). Всего в опыте 108 делянок.

Влияние эффективности дифференцированной основной обработки почвы изучали по четырём вариантам с применением после вспашки в предыдущие годы:

1 — ежегодная отвальная обработка почвы под однолетние травы на глубину 28-30 см и на 20-22 см под яровую пшеницу после однолетних трав и после пшеницы отвальным плугом ПН-3-35 (контроль);

2 - поверхностной обработки под однолетние травы и под пшеницу на глубину 10-12 см тяжелой с вырезными сферическими дисками бороной БДТ;

3 - глубокого рыхления без оборота пласта на глубину 45 см чизельным плугом ПЧН-2,3 под однолетние травы и поверхностной обработки под яровую пшеницу на глубину 10-12 см БДТ;

4 — без основной обработки почвы под однолетние травы и яровую пшеницу.

По всем изучаемым обработкам почвы дифференцированно вносили минеральные удобрения из расчета на планируемую урожайность зерна 3,00;

5,00 т/га а так же был вариант без внесения. Норму внесения удобрений рассчитывали методом элементарного баланса. Повторность в опыте трёх кратная. Размещение делянок последовательное.

Весной при наступлении физической спелости, почву боронили агрегатом БЗТС-1,0 в два следа. Минеральные удобрения врезали на глубину 8-10 см сеялкой СКП-2,1 одновременно с предпосевной культивацией. Для внесения точной дозы по делянкам использовали навигационную систему с автоматическим дозированием. Сеяли в оптимальный для лесостепной зоны период (18-20 мая) на глубину 5-6 см, сеялкой С3-3,6 с послепосевным прикаты-ванием. В опыте сеяли районированный сорт яровой пшеницы Красноуфим-ская — 100 с нормой высева 6,2 млн. шт. всхожих семян на гектар, а в занятом пару горохоовсяную смесь на сенаж.

В фазу кущения посевы яровой пшеницы обрабатывали полным комплексом средств защиты растений в баковой смеси: против двудольных сорняков опрыскивали гербицидами Банвел - 0,15 л/га и Логран - 0,008 г/га, против злаковых сорных растений использовали Топик - 0,4 л/га а для защиты от комплекса листостеблевых инфекций яровой пшеницы применяли фунгицид Альто Супер - 0,5 л/га. В занятом пару средства химизации не применяли.

Однолетние травы убирали в первой декаде июля кормоуборочным комбайном Е-281 на сенаж, после оставляли поле для отрастания отавы на сидерат до второй декады августа. Уборку яровой пшеницы выполняли прямым комбайнированием - SAMPO-500 с равномерным распределением измельчённой соломы по поверхности поля. Основную обработку почвы проводили после уборки возделываемых культур согласно схемы опыта.

Плотность сложения почвы определяли методом H.A. Качинского; влажность почвы - термостатно-весовым; запасы доступной влаги рассчитывали по данным влажности и плотности почвы (Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, А.М. Туликов, 1987), запасы воды в снеге определяли снегомером ВС-43. Температурный режим почвы определяли послойно: 20; 50; 80; 110 см с помощью терморегистораторов РТВ-2; структурное состояние почвы - по методике Н.И. Савинова, а водопрочность агрегатов почвы по методике И.М. Бакшеева. Содержание нитратного азота определяли по Грандваль-Ляжу, подвижного фосфора и калия - по Ф.В. Чирикову, гумуса - по методу И.В. Тюрина. Засоренность посевов яровой пшеницы определяли перед уборкой количественно-весовым методом в 12 — кратной повторности; интенсивность целюлозоразложения почвы — методом льняных полотен в 3-хкратной повторности; структуру урожая по Н.Г. Ведрову, Е.М. Нестеренко, И.Н. Фролову, (1992). Качество продукции определяли по ГОСТу Р52554-2006; Экономическую и биоэнергетическую оценку выполняли по методике (Неклюдов А.Ф., 1993; Абрамов Н.В., Селюкова Г.П., 2000), математическую обработку полученных данных проводили по Б.А. Доспехову с использованием программного продукта "Odnl, Odn2", разработанного на кафедре ЭМ и ВТ при ГАУ Северного Зауралья.

3. Влияние дифференцированной основной обработки на показатели плодородия почвы

Структура почвы. Дифференцированная обработка почвы с элементами минимализации (применение после отвальной: поверхностной, чизель-ной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а так же без основной обработки) создает благоприятные условия для формирования агрономически ценной структуры в слое 0-30 см - 46-69 %, что соответствует удовлетворительному и хорошему структурному состоянию лугово-чернозёмной почвы. Агрофизические факторы почвенного плодородия, усиление микробиологической активности почвы обеспечили увеличение водопрочных агрегатов на 7-18 % по сравнению с ежегодной отвальной обработкой.

Эффективность дифференцированной системы основной обработки почвы с элементами минимализации в формировании водопрочной структуры увеличивается при внесении минеральных удобрений из расчета на планируемую урожайность зерновых 5,00 т/га, где содержание структурных отдель-ностей > 0,25 мм в диаметре соответствовало отличному состоянию лугово-чернозёмной почвы - 82-89 % и превышало на 11-18 % относительно вспашки. Это связанно с интенсивным процессом накопления пожнивных и корневых остатков, соломы после уборки яровой пшеницы и сидератов.

Плотность сложения почвы. В системе дифференцированной обработки почвы (с использованием после отвальной 3 года поверхностной БДТ на глубину 10-12 см и без основной обработки) в слое 0-30 см плотность сложения перед посевом пшеницы оставалась в оптимальных пределах (1,18-1,21 г/см3) для роста и развития зерновых культур (табл. 1). В тоже время прослеживается плотная паковка почвенных агрегатов в слое 20-30 см на полях с поверхностной и без основной обработки. Плотность сложения лугово-чернозёмной почвы здесь достигла в фазу кущения яровой пшеницы до 1,20 г/см3, а перед уборкой - 1,27 г/см3. Данной закономерности следует уделить особое внимание, так как длительное применение поверхностных обработок и без основной обработки может привести к переуплотнению нижних слоев почвы.

Закладка репродуктивных органов яровой пшеницы проходила при оптимальных значениях плотности почвы - 1,16-1,19 г/см3. От посева яровой пшеницы до ее уборки коэффициент интенсивности уплотнения почвы в слое 0-30 см составлял 1,01-1,03. Данный показатель свидетельствует, что формирование корневой системы проходило в оптимальном режиме.

Общая порозность была удовлетворительной для роста и развития яровой пшеницы по изучаемым обработкам почвы - 49,7-54,9 %.

Температурный режим почвы. В среднем за 2010-2011 гг. сумма активных температур воздуха (I >10 °С) в период вегетации яровой пшеницы составила 1799 °С. В почве на глубине 20 см в период с 20 мая по 10 сентября при чизелыюй под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а так же без основной обработки она была 1743-1745 °С, что превышала отвальной и поверхностной обработок на 50-62 °С (табл. 2).

Таблица 1 - Плотность сложения и интенсивность уплотнения лугово-чернозёмной почвы в слое 0-30 см (г/см3), 2009-2011 гг.

Система основной обработки почвы, (А) Слой почвы, см Фаза развития яровой пшеницы, (В) Коэффициент интенсивности уплотнения почвы, ед.

перед посевом кущение уборка

Отвальная (контроль) 0-10 1,14 1,12 1,13 0,99

10-20 1,17 1,17 1,18 1,01

20-30 1,18 1,19 1,21 1,03

0-30 1.16 1,16 1,17 1,01

Дифференцированная с применением после отвальной:

Поверхностной 0-10 1,21 1,17 1,22 1,01

10-20 1,22 1,19 1,26 1,03

20-30 1,21 1,20 1,27 1,05

0-30 1,21 1,19 1,25 1,03

Чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу 0-10 1,16 1,14 1,21 1,04

10-20 1,20 1,16 1,23 1,03

20-30 1,22 1,17 1,19 0,98

0-30 1,19 1,16 1,21 1,02

Без основной обработки 0-10 1,17 1,13 1,17 1,00

10-20 1,17 1,14 1,20 1,03

20-30 1,21 1,21 1,21 1,00

0-30 1,18 1,16 1,19 1,01

0-10 10-20 20-30 0-30

НСР05 0,02 0,02 0,02 0,03

Для фактора А 0,78 0,01 0,01 0,02

Для фактора В и АВ 0,01 0,01 0,01 0,01

Таблица 2 - Формирование активных температур в течение периода вегетации в пахотном слое в зависимости от основных обработок почвы, _(2010-2011 гг.) _

Система основной обработки почвы Сумма 1 >10 "С Средняя 1 >10 °С Количество суток с 1 >10 °С

Температура воздуха 1799,1 17,3 105

Отвальная(контроль) 1683,0 15,2 111

Дифференцированная с применением после отвальной:

Поверхностной 1691,2 15,5 109

Чизельной под однолетние травы и поверхностной под яровую пшеницу 1744,9 15,8 111

Без осенней обработки 1743,3 15,7 111

Во многом определяющим гидрологический режим почвы является период и глубина её промерзания в осенне-зимнее время и оттаивание весной. В среднем за годы исследований отрицательная температура на глубине 110 см при поверхностной обработке была с первой декады февраля по вторую декаду апреля и достигала минимума -0,6 °С, при вспашке - со второй декады марта по вторую декаду апреля с понижением до -0,5 °С. На поле без основ-

8

ной обработки отрицательная температура на глубине 110 см отмечалась с первой декады марта по вторую декаду апреля, однако температура здесь понижалась лишь до -0,3 °С. На поле с чизелеванием температура почвы на глубине 110 см в зимний период была положительной.

Водный режим почвы и водопотребление яровой пшеницы. Пополнение почвы влагой в весенний период зависело от запасов воды в снежном покрове, накопленных к концу зимы. Высота снежного покрова за годы исследований составила 40-45 см, а воды в нём - 58-90 мм (рис. 1). Максимум запасов воды в снеге приходился па поле с оставленной стернёй.

Дифференцированная система основной обработки почвы с использованием чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а также без основной обработки - обеспечивала лучшее накопление и сохранение продуктивной влаги в метровом слое. В период посева на данных вариантах в слое 0-30 см продуктивной влаги содержалось больше, чем после вспашки на 2,8-3,0 мм, в слое 0-50 см - на 6,9-8,8 мм, а в метровом слое - на 23,0-26,0 мм. ___ .........................

90,

14 8«

58 » Я в » 8 42 45

4(1 40

12 3 4

У Высота снежного покрова, см □ Запасы воды в снеге, мм

Рис. 1 - Высота снежного покрова (см) и запасы воды в снеге (мм) перед снеготаяньем, 2009-2011 гг.

Система основной обработки почвы:

1 - отвальная (контроль);

Дифференцированная с применением после отвальной:

2 - поверхностной;

3 - чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу;

4 - без основной обработки.

Наиболее рациональный расход влаги на формирования урожая яровой пшеницы был на варианте с внесением минеральных удобрений на запланированную урожайность 5,00 т/га. В среднем по обработкам почвы расход воды на формирование одной тонны зерна составил 54,3 мм/т.

Баланс органического вещества. Использование в качестве органических удобрений измельчённой соломы во время уборки яровой пшеницы -4.29 т/га и отавы однолетних трав - 11,5 т/га севооборотной площади за рота-

цию, ежегодная отвальная обработка обеспечила воспроизводство плодородия почвы. Здесь содержание гумуса в слое 0-30 см лугово-чернозёмной почвы за ротацию севооборота сохранилось на том же уровне, как перед закладкой опыта — 7,93 %, но при этом произошло перемещение его по слоям почвы. Дифференциацию содержания гумуса по слоям мы объясняем периодическим механическим перемешиванием их в процессе вспашки.

Дифференцированная обработка почвы с применением после отвальной поверхностной, чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а так же без основной обработки привела к снижению содержания гумуса в слое 0-30 см на 0,14-0,19 % в абсолютных значениях. Максимальное его содержание было отмечено в слое 10-20 см на поверхностно обработанных полях - 8,51 %. На вариантах чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а так же без основной обработки содержание гумуса в слое 20-30 см увеличилось до 7,83 и 7,93 % соответственно, при этом здесь баланс был положительный.

Считаем, что период в три года для полной характеристики гумусного состояния лугово-чернозёмной почвы недостаточен. В ранее проведённых исследованиях Абрамова Н.В., (1992) за первые три года на чернозёме выщелоченном при дифференцированной обработки также наблюдалось снижение содержания гумуса в пахотном слое, а положительный баланс был отмечен лишь при внесении 10 т/га полуперепревшего навоза. Поэтому в изучаемой дифференцированной системе основной обработки для воспроизводства плодородия почвы следует обеспечить дополнительное поступление гумусообра-зующего вещества в виде органических удобрений.

Микробиологическая астивность почвы. Определяющим показателем в проявлении активности почвенных микроорганизмов служил температурный режим почвы, как и насколько быстро она прогревается до оптимальных пределов. Исследования показали, что в 2010 году проявление активности почвенных микроорганизмов в слое 0-30 см за период от посева до фазы выхода в трубку яровой пшеницы была слабой: - разложение льняной ткани было на 9,9 % ниже, чем в этот же период в 2011 г. (рис. 2). Это напрямую связанно с прогреванием почвы. В среднем по изучаемым вариантам основной обработки температура в слое почвы 0-20 см первой, второй и третьей декады июня 2010 года была на 2,5, 0,9 и 0,1 °С ниже температуры почвы того же периода 2011 года.

Дифференцированная обработка с использованием чизельной на глубину 45 см (раз в три года) и поверхностной на глубину 10-12 см под пшеницу обеспечила наибольшее разложение льняного полотна в слое 0-30 см (54,1 %), что указывает на оптимальное сочетание аэробных и анаэробных процессов трансформации органического вещества.

ю

Рис. 2 - Интенсивность разложения льняной ткани в слое 0-30 см почвы. Система основной обработки почвы:

1 - отвальная (контроль);

Дифференцированная с применением после отвальной:

2 - поверхностной;

3 - чизельпой под однолетние травы и поверхностной под пшеницу;

4 - без основной обработки.

Засорённость посевов. Комплексная химическая защита растений в фазу кущения яровой пшеницы по всем изучаемым вариантам позволила обеспечить слабую степень засорённости полей. Наименьшее количество сорных растений в период полной спелости яровой пшеницы отмечено по отвальной обработке - 10,7-12,3 шт./м2, в том числе многолетних сорняков -1,3-1,7 шт./м (рис. 3). Обработка лугово-чернозёмной почвы без оборота пласта приводила к росту засорённости в посевах яровой пшеницы. Так, уже в первый год после поверхностной обработки насчитывалось 13,7 шт./м2 сорняков с массой 21,6 г/м2.

Масса сорняков

—*—Ье-) удоорешмТг - - аNPK.ua З.ОО-^'га МРКш 5.00 тг*

Рис. 3 - Засорённость посевов яровой пшеницы перед уборкой в зависимости от основной обработки почвы и уровня минерального питания, 2009-2011 гг.

1. — отвальная (контроль);

Дифференцированная с применением после отвальной:

2. - поверхностной;

3. - чизельной под горох-овёс и поверхностной под пшеницу;

4. - без основной обработки почвы.

Внесение минеральных удобрений из расчета на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,00 и 5,00 т/га повышало конкурентную способность культурных растений. На всех вариантах дифференцированной системы основной обработки лугово-чернозёмной почвы с применением удобрений увеличивалась густота стояния продуктивных стеблей за годы исследований на 4-7 % по сравнению с полем без удобрений.

Обменная кислотность лугово-чернозёмной почвы. Перед закладкой опыта обменная кислотность пахотного слоя на опытном участке составила 5,4-5,5 ед., что считается признаком подкисления. В 2011 году кислотность солевой вытяжки существенно отличалась от первоначальных значений - 6,0-6,5 ед., что была ближе к нейтральной среде. Столь сильное изменение кислотности за 3 года является генетической особенностью полугидроморф-ных почв, в которых наиболее сильно проявляется пульсационно-восходящая миграция карбоната кальция из иллювиалыю-карбонатного горизонта (с глубины 80-90 см) и почвообразующей породы (Коковина Т.П., 1974; Каретин Л.Н., 1982; Иванов В.Д., 2007).

Пищевой режим яровой пшеницы. Содержание N-N03 в пахотном слое перед посевом яровой пшеницы на полях без внесения минеральных удобрений было в пределах 6,5-7,3 мг/кг почвы, что соответствовало низкой обеспеченности зерновых культур (табл. 3). Наибольшее содержание азота в слое 0-30 см 7,0-7,3 мг/кг почвы отмечено на варианте с ежегодной отвальной обработкой и там, где проводили один раз в три года глубокое рыхление до 45 см с последующей поверхностной обработкой на глубину 10-12 см.

Таблица 3 - Содержание N-N03; Р205 и К20 в слое 0-30 см в зависимости от системы основной обработки почвы и уровня минерального питания, 2009-2011 гг.

Система основной обработки почвы, (А) Уровень минерального питания, (В) Фазы развития яровой пшеницы

перед посевом Кущение - выход в трубку перед уборкой

N Р | К N Р | К N Р | К

мг/кг почвы мг/100 г почвы мг/кг почвы мг/100 г почвы мг/кг почвы мг/100 г почвы

Отвальная (контроль) Без удобрений 7,3 10,1 44,2 6,8 10,3 37,5 6,3 11,5 38,6

ЫРК на 3,00 т/га 8,4 12,5 46,2 7,5 12,4 39,2 7,8 13,6 41,2

ЫРК на 5,00 т/га 9,1 13,9 47,1 13,5 13,4 40,9 7,1 14,1 39,8

Дифференцированная с применением после отвальной:

Поверхностной Без удобрений 6,5 9,4 41,3 6,7 9,4 38,7 5,8 12,6 54,0

ЫРК на 3,00 т/га 6,9 12,0 42,7 12,0 11,0 43,0 6,6 12,7 39,4

ЫРК на 5,00 т/га 7,6 14,0 43,4 15,6 13,5 42,3 8,1 14,3 44,5

Чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу Без удобрений 7,0 10,4 44,0 6,0 10,0 47,0 6,3 16,1 39,6

ЫРК на 3,00 т/га 7,5 12,2 41,3 11,6 13,4 43,5 8,0 19,4 41,6

ЫРК на 5,00 т/га 8,1 13,8 45,7 15,4 15,4 47,9 9,1 18,8 43,8

Без основной обработки Без удобрений 6,9 10,2 48,2 11,4 8,3 42,1 6,2 13,1 42,6

на 3,00 т/га 7,9 12,6 44,4 12,7 11,7 46,3 9,1 18,9 44,0

^К на 5,00 т/га 8,5 13,2 47,4 13,8 14,6 44,6 8,7 16,2 45,3

„„„ Для фактора -А 0,31 0,41 1,62 035 0,51 1,80 0,28 0,62 2,01

Н(-'05 Для фактора-В 0,34 0,56 1,93 0,50 0,61 1,82 0,33 0,71 2,23

В системе дифференцированной обработки лугово-чернозёмной почвы внесение минеральных удобрений на запланированную урожайность яровой пшеницы 3,00 и 5,00 т/га (в среднем за три года К43Р13 и М,55Р63 соответственно) в фазу кущения - выход в трубку позволило поднять уровень содержание нитратного азота в пахотном слое до средней обеспеченности - 11,612,7 и 13,8-15,6 мг/кг почвы соответственно.

При этом отмечено рациональное использование культурными растениями азотных удобрений на вариантах с внесением их из расчёта на запланированную урожайность яровой пшеницы 3,00 т/га. Наибольший выход зерна - 36 кг на 1 кг внесённых азотных удобрений (д.в.) - получен у яровой пшеницы, посеянной на полях без основной обработки почвы. По всем изучаемым вариантам основной обработки почвы была отмечена высокая отзывчивость на уровень минерального питания, при внесении удобрений из расчёта на запланированную урожайность зерна яровой пшеницы 5,00 т/га, прибавка составила 1,89-2,50 т/га. Однако эффективность их использования существенно снизилась в среднем до 12-16 кг зерна на 1 кг удобрений. Так как при высоких нормах минеральных удобрений лимитирующими факторами получения высоких урожаев становятся другие показатели почвенного плодородия (водно-физические, биологические и т. п.).

Перед посевом яровой пшеницы по всем изучаемым вариантам основной обработки Р205 содержалось 9,4-14,0 мг/100 г почвы, что соответствует средней и повышенной обеспеченности. В течение вегетации яровой пшеницы на полях с внесением минеральных удобрений на запланированную урожайность - 3,00 и 5,00 т/га отмечалось увеличение Р205 до 12,6-19,4 и 14,118,8 мг/100 г почвы. Кроме того, к уборке зерновых был отмечен рост содержания Р205 в слое 0-30 см на вариантах без внесения минеральных удобрений на 1,4-5,7 мг/100 г почвы.

Увеличение содержания подвижного фосфора обусловлено периодическим изменением состояния увлажнения и температуры пахотного слоя. В результате чего, происходит трансформация фосфат органических соединений с высвобождением минеральных форм фосфора. Данный механизм достаточно подробно изложен в трудах профессора О.Т. Ермолаева, (2007).

Дифференцированная система основной обработки почвы с элементами минимализации не оказывала существенного влияния на содержание обменного калия в пахотном слое, поскольку за период вегетации яровой пшеницы данный элемент находился в пределах - 37,5-54,0 мг/100 г почвы, что соответствует очень высокой обеспеченности зерновых культур. На основании результатов агрохимического обследования - почва опытного участка не нуждается в дополнительном внесении калийных удобрений для получения запланированной урожайности.

4. Урожайность однолетних трав и яровой пшеницы За счёт потенциального плодородия лугово-чернозёмной почвы, в среднем за 2009-2011 гг. по всем изучаемым обработкам без применения минеральных удобрений удалось получить хорошую урожайность яровой пшеницы -2,29-2,65 т/га (табл. 4). Дифференцированная основная обработка с применением после отвальной: чизелевания под однолетние травы на глубину 45 см и по-

верхностной на глубину 10-12 см под яровую пшеницу, а также без основной обработки в течение трёх лет обеспечивала более рациональное использование естественного плодородия почвы, где получена наибольшая урожайность яровой пшеницы - 2,60-2,65 т/га, а выход кормовых единиц - 3,07-3,13 т/га.

Оптимизация условий продукционных процессов при дифференцированной обработке лугово-черноземной почвы с использованием ресурсосберегающих технологий позволила получить максимальную урожайность яровой пшеницы, близкую к расчетной - 4,79-4,81 т/га при планировании её из расчёта на 5,00 т/га. Дифференцированная основная обработка на этом же уровне минерального питания, которая включала поверхностную на глубину 10-12 см и без основной обработки под яровую пшеницу, обеспечила в среднем за годы исследований прибавку зерна - 0,28-0,30 т/га относительно контроля. В системе основной обработки зяби лучше результаты получены от применения минеральных удобрений из расчёта на планируемую урожайность 3,00 т/га, где не проводили основную обработку, прибавка урожая составила 1,54 т/га по сравнению с вариантом без минеральных удобрений. Лучшая отзывчивость яровой пшеницы на минеральные удобрения при их внесении на планируемую урожайность 5,00 т/га получена при поверхностной обработке в системе дифференцированной, где прибавка урожайности составила 2,50 т/га по сравнению с той же обработкой без минеральных удобрений.

Последействие минеральных удобрений, вносимых под яровую пшеницу из расчёта на планируемую урожайность 3,00 и 5,00 т/га, повысило продуктивность пашни. Наибольший сбор зелёной массы однолетних трав в занятом пару в среднем за годы исследований был получен на варианте с чизе-леванием на глубину 45 см ПЧН-2,3 - 14,89 и 18,26 т/га, а кормовых единиц соответственно 3,87 и 4,75 т/га.

Таблица 4 - Продуктивность зернового с занятым паром севооборота, 2009-2011 гг.

Система основной обработки почвы, (А) Уровень минерального питания, (В) Урожайность, т/га Выход кормовых единиц на 1 га севооборотной площади

горохоовсяной смеси яровой пшеницы

зелёной массы кормовых единиц зерна кормовых единиц

Отвальная (контроль) Без удобрений 12,44 3,23 2,62 3,09 2,11

ЫРК на 3,00 т/га 12,76 3,32 3,96 4,67 2,66

ЫРК на 5,00 т/га 14,98 3,89 4,51 5,32 3,07

Дифференцированная с применением после отвальной:

Поверхностной Без удобрений 10,92 2,84 2,29 2,70 1,85

ЫРК на 3,00 т/га 12,47 3,24 3,71 4,38 2,54

ЫРК на 5,00 т/га 14,53 3,78 4,79 5,65 3,14

Чизелыюй под однолетние травы и поверхностной под пшеницу Без удобрений 11,42 2,97 2,60 3,07 2,01

ЫРК на 3,00 т/га 14,89 3,87 3,96 4,67 2,85

ЫРК на 5,00 т/га 18,26 4,75 4,80 5,66 3,47

Без основной обработки Без удобрений 9,44 2,45 2,65 3,13 1,86

ЫРК на 3,00 т/га 11,32 2,94 4,19 4,94 2,63

ЫРК на 5,00 т/га 14,32 3,72 4,81 5,68 3,13

для фактора А 0,57 0,19

для фактора В 0,59 0,17

Дифференцированная система обработки почвы с использованием чи-зелевания и поверхностной обработки, способствовала получению максимального выхода кормовых единиц - 3,47 т/га при дополнительном внесении минеральных удобрений из расчёта на планируемую урожайность яровой пшеницы 5,00 т/га с применением комплексной защиты растений.

Структура урожая и качество зерна яровой пшеницы. Результативным показателем роста продуктивности яровой пшеницы, выращенной в системе дифференцированной основной обработки лугово-чернозёмной почвы с использованием чизелевания под однолетние травы и поверхностной под пшеницу при внесении минеральных удобрений из расчёта на планируемую урожайность 3,00 и 5,00 т/га, была масса зерна в колосе - 0,99 и 1,17 г, и масса 1000 зёрен — 40,3-45,2 г. Аналогичная закономерность установлена у яровой пшеницы па полях без основной обработки при внесении минеральных удобрений из расчёта на планируемую урожайность 3,00 т/га, где масса зерна с одного колоса составила 1,12 г, а масса 1000 зёрен - 39,0. Такая система основной обработки почвы на фоне минеральных удобрений из расчёта на 5,00 т/га благоприятно влияла на сохранность растений и получение большего количества продуктивных стеблей к уборке-466 шт./м2.

В среднем по вариантам дифференцированной системы основной обработки почвы без внесения минеральных удобрений натура зерна яровой пшеницы составила 754 г/л, и соответствовала первому и второму классам качества. Повышение уровня минерального питания на некоторых вариантах основной обработки почвы вызывали снижение натуры до 745 и 748 г/л.

На полях без основной обработки почвы яровая пшеница формировала стекловидность зерна без минеральных удобрений 67 %, при внесении их на планируемую урожайность 3,00 т/га - 70 %, а на 5,00 т/га - 73,3 %, что соответствует первому классу качества.

Массовая доля сырой клейковины у яровой пшеницы по дифференцированной обработке с использованием чизелевания и поверхностной, атак же без основной обработки и по вспашке на фоне минеральных удобрений составила 24-26 %, что соответствовало третьему классу. Выявленные изменения качества зерна находились в пределах первой группы и не выше третьего класса, к которому относятся показатели качества «сильных» или «ценных сортов пшеницы».

5. Экономическая и биоэнергетическая оценка дифференцированной системы основной обработки лугово-чернозёмной почвы при различном уровне минерального питания

Затраты на формирование продуктивности зернового с занятым паром севооборота за 2009-2011 гг. без применения минеральных удобрений составили 6 506-7 293 руб./га (табл. 5). Ежегодная отвальная обработка увеличивала прямые затраты относительно дифференцированной системы на 332-787 руб./га, а исключение основной обработки привело к экономии финансовых затрат - на 4 % в системе дифференцированной, и на 11 % относительно ежегодной вспашки.

Наиболее прибыльный — 7 510 руб./га, с высокой рентабельностью -88 % вариант системы дифференцированной обработки в севообороте был тот, на котором не проводили основную обработку почвы в течение трёх лет после отвальной и вносили минеральные удобрения под яровую пшеницу на запланированную урожайность 3,00 т/га. Рентабельность возделывания яровой пшеницы здесь составила 95 %. Система дифференцированной основной обработки почвы, которая включает в себя после вспашки чизелевание под однолетние травы ПЧН-2,3 на глубину 45 см и поверхностную под пшеницу на 10-12 см, - себестоимость одной тонны зерна составила 2 774 рубля и была ниже, чем по ежегодной отвальной обработке на 140 руб./т.

Таблица 5 — Экономическая эффективность зернового с занятым паром севооборота при дифференцированной системе основной обработки почвы с различ-_ным уровнем минерального питания, 2009-2011 гг.__

Система основной обработки почвы Уровень питания Прямые затраты, руб./га Себестоимость, руб./т Стоимость продукции*, руб./т Прибыль с 1 га, руб. Рентабельность, %

Отвальная (контроль) Без удобрении 7 293 2 287 11 527 4 234 58

NPK на 3,00 т/га 9 435 2 086 15 994 6 559 70

NPK на 5,00 т/га 15 398 3 208 17 827 2 429 16

Дифференцированная с применением после отвальной:

Поверхностной Без удобрений 6 773 2 488 9 966 3 193 47

ЫРК на 3,00 т/га 8 844 2 122 14 699 5 855 66

ЫРК на 5,00 т/га 14 900 2 949 18 282 3 382 23

Чизелыюй под однолетние травы и поверхностной под пшеницу Без удобрений 6 961 2 171 11 255 4 294 62

ЫРК на 3,00 т/га 9 030 1 999 15 789 6 759 75

ЫРК на 5,00 т/га 15 080 2 945 18 572 3 492 23

Без основной обработки Без удобрений 6 506 2 093 10 956 4 450 68

ЫРК на 3,00 т/га 8 580 1 870 16 090 7510 88

ЫРК на 5,00 т/га 14 624 2919 18 156 3 532 24

"Цена реализации яровой пшеницы 5 000 руб./т

С биоэнергетической точки зрения лучшей была обработка лугово-чернозёмной почвы в системе дифференцированной с применением после отвальной: чизелыюй под однолетние травы и поверхностной под пшеницу с внесением минеральных удобрений из расчёта на запланированную урожайность 5,00 т/га, здесь приращение валовой энергии на 1 га севооборотной площади составило 61 828 МДж.

Основные выводы 1. Дифференцированная основная обработка почвы с элементами мини-мализации (применение после отвальной: поверхностной; чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу; а также без основной обработки) создавала благоприятные условия для формирования агрономически ценной структуры - 46-69 % в слое 0-30 см, что соответствовало удовлетворительному и хорошему структурному состоянию лугово-чернозёмной почвы. Внесение минеральных удобрений из расчёта на планируемую урожай-

ность зерновых 5,00 т/га увеличивало количество водопрочных агрегатов > 0,25 мм в диаметре до 82-89 %, и превышало их содержание на 11-18 % по сравнению со вспашкой.

2. Основная обработка почвы с элементами минимализации формировала оптимальную плотность сложения для роста и развития яровой пшеницы - 1,16-1,21 г/см3 перед посевом; 1,16-1,19 г/см3 - в фазу кущения; 1,17-1,25 г/см3 - перед уборкой зерновых.

3. Чизельная обработка почвы на глубину 45 см 1 раз в 3 года и поле без основной обработки (после отвальной в предыдущие годы) лугово-чернозёмной почвы способствовали формированию оптимального термического режима для роста и развития растений яровой пшеницы в профиле почвы до глубины 110 см. Сумма активных температур на глубине 20 см в период с 20 мая по 10 сентября здесь составила 1745-1743 °С и была выше на 5062 °С, чем при отвальной и поверхностной обработках. Оттаивание почвы на глубине 80-110 см происходило на 9-10 суток раньше, чем на контроле, что способствовало проникновению талых вод в весенний период в нижние слои по профилю почвы.

4. Дифференцированная система основной обработки с использованием чизелевания под однолетние травы и поверхностной под пшеницу; исключение основной обработки обеспечивало лучшие условия накопления и сохранения влаги до посева зерновых. Запасы продуктивной влаги здесь было больше в слое 0-30 см па 2,8-3,0 мм а в метровом на 23,0-26,0 мм, чем по вспашке. Комплексная химическая защита растений и применение минеральных удобрений из расчёта на запланированную урожайность 3,00 т/га снижали расход воды на формирование одной тонны зерна яровой пшеницы до 6065 мм, а при внесении минеральных удобрений на 5,00 т/га —до 47-57 мм/т.

5. Для воспроизводства плодородия почвы следует обеспечить дополнительное поступление гумусообразующего вещества в виде органических удобрений. При дифференцированной основной обработке через три года содержание гумуса снизилось на 0,14-0,19 % в абсолютных величинах.

6. Наибольшая интенсивность микробиологической активности в слое 0-30 см - 54,1 % - установлена при дифференцированной обработке с использованием чизелевания в занятом пару и поверхностной под пшеницу.

7. Минимализация в системе дифференцированной основной обработки почвы на фоне комплексной химизации повышала уровень конкурентной способности яровой пшеницы с сорным компонентом агрофитоценоза, в результате количество сорняков было в пределах 10,7-18,7 шт./м2, а их масса-16,3-28,2 г/м2, что соответствовало слабой степени засорённости полей.

8. Влияния изучаемых систем основной обработки и применение удобрений на обменную кислотность лугово-черноземной почвы не установлено. Вместе с тем, выявлено проявление генетической особенности данной почвы, у которой за три года исследований в слое 0-30 см значения рН обменной кислотности повысилась с 5,4 до 6,6 ед., что характерно пульсацион-но-восходящей миграции карбонатов лугово-чернозёмной почвы.

9. Повышенный уровень химизации (внесения минеральных удобрений из расчёта на планируемую урожайность 3,00 и 5,00 т/га) и увеличение поступления органического вещества позволило повысить запасы нитратного азота в слое 0-30 см в фазу кущения - выход в трубку до 11,6-15,6 мг/кг почвы при дифференцированной системе основной обработки с элементами ми-нимализации, что соответствовало средней и повышенной обеспеченности яровой пшеницы.

10. Применение ресурсосберегающих элементов в системе дифференцированной обработки улучшает фосфатный режим верхних слоёв почвы в течение вегетационного периода яровой пшеницы. Внесение минеральных удобрений благотворно влияет на уровень содержания подвижного фосфора в почве. Влияние дифференцированной основной обработки почвы на содержание доступного калия в почве не установлено.

11. Использование чизелевания под занятый пар и поверхностной под пшеницу; исключение основной обработки в течение трёх лет после вспашки позволило получить наивысшую урожайность яровой пшеницы при комплексной химической защите растений и внесении минеральных удобрений на 5,00 т/га - 4,80-4,81 т/га. Этому способствовало сравнительно высокая масса зерна в колосе — 0,99-1,17 г., масса 1000 зёрен - 30,0-45,2 г с качеством его не ниже третьего класса.

12. По совокупности экономических показателей (себестоимости продукции в севообороте 1999-1870 руб./т, и рентабельности 75-88 %) выделяется дифференцированная система лугово-чернозёмной почвы, предусматривающая после вспашки чизелевание под однолетние травы и поверхностно - под яровую пшеницу или исключение основной обработки при комплексной химической защите растений и внесении минеральных удобрений на планируемую урожайность 3,00 т/га. Эти варианты дифференцированной системы основной обработки почвы обеспечивали наиболее рациональное использование энергетических потоков, где коэффициент энергетической эффективности составил 3,88-4,00.

Предложение производству

В условиях северной лесостепи Тюменской области возделывание зерновых на лугово-чернозёмных почвах тяжелого гранулометрического состава при комплексе химической защиты растений, рекомендуется дифференцированная система основной обработки, которая после вспашки предусматривает:

- чизелевание на глубину 45 см под однолетние травы и поверхностную на глубину 10-12 см под яровую пшеницу в зерновом трёхпольном с занятым паром севообороте;

- исключение основной обработки в течение трёх лет под занятый пар и яровую пшеницу на фоне химизации;

- минеральные удобрения вносить из расчёта на планируемую урожайность яровой пшеницы 3,00 т/га;

- для обеспечения воспроизводства плодородия лугово-чернозёмной почвы следует использовать органические удобрения.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абрамов Н.В. Урожайность яровой пшеницы в зависимости от основной обработки почвы и уровня минерального питания / Н.В. Абрамов, С.А. Семизоров //Аграрный вестник Урала. 2012. №6. С. 4-7.

2. Абрамов Н.В. Управление продукционными процессами агробиоце-нозов с применением космических систем / Н.В. Абрамов, С.А. Семизоров // Агропродовольственная политика России. 2012. №5. С. 12-19.

3. Семизоров С.А. Оптимизация глубины заделки семян ячменя по различным фонам основной обработки почвы в условиях Тюменской области /С.А. Семизоров // Региональная конференции молодых учёных «Инновации молодых учёных агропромышленному комплексу». Тюмень, 2010. С. 59-61.

4. Абрамов Н.В. Агроэкономическая эффективность при использовании элементов точного земледелия / Н.В. Абрамов, С.А. Семизоров, О.Н. Абрамов, H.H. Устинов // Нивы Зауралья. №8 [76]. 2010. С. 25-27.

5. Семизоров С.А. Формирование температуры почвы при различной обработке почвы /С.А. Семизоров // Научно-техническое творчество молодёжи - агропромышленному комплексу Урала и Сибири. Тюмень, 2010. С. 93-96.

6. Абрамов Н.В. Прецсзионное земледелие - новый этап управления продукционными процессами в отрасли растениеводства / Н.В. Абрамов, С.А. Семизоров // Земледелие различной степени интенсивности с использованием спутниковой навигационной системы. Тюмень, 2011. С. 20-38.

7. Семизоров С.А. Формирование агрофизических свойств чернозёма выщелоченного в зависимости от основной обработки почвы и уровня минерального питания. / С.А. Семизоров // Научное и инновационное обеспечение модернизации АПК России ВСМУиС. - М:. ФГБНУ Росинформагротех, 2012. С. 31-37.

8. Абрамов Н.В. Влияние дифференцированной основной обработки почвы на урожайность яровой пшеницы в условиях лесостепной зоны Зауралья / Н.В. Абрамов, С.А. Семизоров // Научные инновации аграрному производству: Сб. Междунар. научн-прак. конф., посвящён. 95-летниму юбилею агрономического факультета. Омск, 2013. С. 108-110.

Подписано в печать 27.05.2013. Формат бумаги 60x84 1/16 Печать оперативная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 150 экз.

625003 г. Тюмень, ул. Республики, 7 ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Семизоров, Сергей Алексеевич, Красноярск

Государственный аграрный университет Северного Зауралья

На правах рукописи

Семизоров Сергей Алексеевич

04201 360538

Дифференцированная основная обработка лугово-чернозёмной почвы при различном уровне минерального питания в Северном

Зауралье

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Абрамов Н.В.

Красноярск - 2013

Содержание

Введение........................................................................................................................................................................4

1. Состояние изучаемого вопроса....................................................................................8

2.Почвенно-климатические условия и методика проведения опытов............................................................................................................................................................................21

2.1. Характеристика почвенного покрова....................................................................21

2.2. Характеристика сорта яровой пшеницы Красноуфимская 100... 25

2.3. Климатические и погодные условия лесостепной зоны Северного Зауралья............................................................................................................................................25

2.4. Методика исследований и схема опытов............................................................34

3. Формирование показателей плодородия лугово-чернозёмной почвы при дифференцированной системе основной обработки и различных уровнях минерального питания........................................................................41

3.1. Структурное состояние......................................................................................................41

3.2. Плотность почвы......................................................................................................................49

3.3. Температурный режим почвы......................................................................................57

3.4. Водный режим почвы и водопотребление яровой пшеницы............62

3.5. Агробиологические показатели плодородия почвы..................................70

3.5.1. Баланс органического вещества..............................................................................70

3.5.2. Микробиологическая активность почвы........................................................78

3.5.3. Засорённость посевов яровой пшеницы..........................................................83

3.6. Агрохимические показатели и пищевой режим яровой

пшеницы в зависимости от фона химизации и основной обработки почвы.. 90

3.6.1. Обменная кислотность лугово-чернозёмной почвы............................90

3.6.2. Азотное питание яровой пшеницы......................................................................93

3.6.3. Фосфорное и калийное питание яровой пшеницы................................100

4. Продуктивность зернового с занятым паром севооборота и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от основной

обработки почвы и уровня минерального питания....................................................................106

4.1. Урожайность однолетних трав и яровой пшеницы....................................106

4.2. Структура урожая и качество зерна яровой пшеницы............................115

5. Экономическая и биоэнергетическая оценка

дифференцированной системы основной обработки лугово-

чернозёмной почвы при различном уровне минерального питания .... 126

5.1. Экономическая оценка дифференцированной системы

основной обработки лугово-чернозёмной почвы....................................................................126

5.2. Биоэнергетическая эффективность дифференцированной системы основной обработки почвы....................................................................................................132

Основные выводы..............................................................................................................................139

Предложение производству......................................................................................................142

Библиографический список......................................................................................................143

Приложение..............................................................................................................................................162

Введение

Обработка почвы - одна из основных и самых энергоемких производственных процессов в сельском хозяйстве. Многофункциональное предназначение основной обработки объясняется эффективным её воздействием на воднофизические, биологические и агрохимические параметры почвенного плодородия. Длительное время (до 60-х годов прошлого столетия) отвальная обработка считалась общепринятой по всей России, в том числе и в Северном Зауралье. Однако работы П.А. Костычева (1898), И.Е. Овсинского (1911), В.П. Балиева (1913), Н.М. Тулайкова (1931), Т.С. Мальцева (1955), А.И. Бараева (1967) и другие указывали на преимущество обработки почвы без оборота пласта.

Научно обоснованная обработка почвы обеспечивает накопление и сохранение влаги в корнеобитаемом слое, мобилизацию питательных веществ, эффективную борьбу с сорняками, болезнями и вредителями, создание оптимальных агрофизических условий для биологических процессов в пахотном слое, роста и развития культурных растений. В различных почвен-но-климатических условиях Западной Сибири установлено, что наиболее прогрессивной обработкой является дифференцированная (комбинированная), которая применяется с учетом физических свойств пахотного слоя, типа засоренности поля, погоды и биологических особенностей культуры (Сдобников С.С., 1968; Федоткин В.А., 1968; Журавлев М.З., 1969; Ситников A.M., 1990; Холмов В.Г., 1990; Абрамов Н.В., 1992; Ершов В.Л., 2001; Гаркуша A.A., 2002; Власенко А.Н., Каличкин В.К., Филимонов Ю.П., 2003 и др.).

На современном этапе развития земледелия основным направлением совершенствования механической обработки почвы считается её минимали-зация - снижение интенсивности за счет сокращения числа и глубины обработки, совмещения ряда технологических операций за один проход агрегата по полю путём применения комбинированных машин и орудий. Техническое

перевооружение аграрного сектора Тюменской области, расширение спектра

4

средств защиты растений, увеличение норм минеральных удобрений позволяют уравнять агротехнический эффект глубоких и мелких обработок. При этом в системе дифференцированной обработки почвы следует изучить использование поверхностных, глубоких отвальных и безотвальных обработок в сочетании со вспашкой и чизелеванием, а также установить уровень минерального питания, который обеспечивает получение максимально возможного и экономически оправданного урожая зерновых при условии сохранения плодородия почв.

Цель исследования: установить пути минимализации в системе дифференцированной основной обработки лугово-чернозёмной почвы при различных уровнях минерального питания в условиях Северного Зауралья.

Задачи исследования: провести сравнительную оценку влияния системы дифференцированной основной обработки почвы в трёхпольном зерновом с занятым паром севообороте при различном уровне минерального питания и комплексной защите растений на:

- агрофизические показатели лугово-чернозёмной почвы (структуру, плотность, температурный и водный режим);

- агробиологические показатели (гумус, микробиологическую активность в почве и засорённость посевов яровой пшеницы);

- агрохимические показатели (кислотность почвы и содержание в ней

№>К);

- продуктивность зернового с занятым паром севооборота;

- экономическую и биоэнергетическую эффективность системы дифференцированной основной обработки почвы.

Научная новизна. В условиях Северного Зауралья впервые установлено, что минимализация в системе дифференцированной основной обработки лугово-чернозёмной почвы включающей в себя: поверхностную под пшеницу и чизелевание под однолетние травы, а так же исключение основной

обработки при различном уровне минерального питания - положительно

5

влияют на процесс формирования агрофизических, биологических и агрохимических свойств почвы. Выявлена закономерность формирования экономически и биоэнергетический оправданной продуктивности агроценозов в зависимости от изученных систем основной обработки почвы и удобрений.

Основные положения, выносимые на защиту.

В трёхпольном зерновом с занятым паром севообороте при комплексной защите растений:

- система дифференцированной основной обработки почвы с применением (после отвальной в предыдущие годы): чизельной под однолетние травы и поверхностной под пшеницу, а также поверхностной и исключение основной обработки в течение трёх лет, способствует формированию благоприятных агрофизических свойств лугово-чернозёмной почвы;

- различный уровень минерального питания в системе дифференцированной обработки почвы позволяет сформировать продуктивность севооборота с рентабельностью 75-88 % и получить урожай яровой пшеницы до 4,19 т/га.

Практическая значимость результатов исследований.

Дифференцированная система основной обработки лугово-чернозёмной тяжелосуглинистой почвы с элементами минимализации при внесении минеральных удобрений на планируемую урожайность яровой пшеницы - 3,00 и 5,00 т/га улучшают агрофизические, агрохимические и агробиологические показатели лугово-чернозёмной почвы. Экономическая и биоэнергетическая оценка обосновывает целесообразность применения дифференцированной обработки, которая предусматривает поверхностное рыхление под зерновые и чизелевание под паровое поле занятым однолетними травами, а так же исключение основной обработки почвы. При комплексной защите растений и внесении минеральных удобрений из расчёта на урожайность 3,00 т/га позволяет получить зерно с наивысшей рентабельностью 95 %

и наибольшим энергетическим коэффициентом 4.

б

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены автором на научно-практических конференциях молодых учёных (Тюмень, 2009-2013 гг.), на международной научно-практической конференции «Научные инновации аграрному производству» (Омск, 2013 г).

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, предложений производству, списка литературы и приложений.

Выражаю искреннюю признательность и глубокую благодарность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.В. Абрамову; доктору биологических наук Д.И. Ерёмину; кандидату сельскохозяйственных наук Г.Д. Притчиной; доценту А.Г. Карякиной за консультации при написании работы; научному сотруднику О.И. Симоновой за помощь при проведении аналитической работы в агрохимической лаборатории; ассистенту кафедры почвоведения и агрохимии C.B. Шерстобитову и студентам агрономического факультета, принимавшим участие в сборе материала, использованного в данной работе.

1. Состояние изучаемого вопроса

Земледелие - наука о целесообразном использовании земли. На основе объективно действующих экономических законов и закономерностей формирования почвы земледелие изучает свойства пахотных почв и их развитие под влиянием деятельности человека. Оно должно объяснять, каким образом возможно систематическое повышение плодородия почвы при постоянно растущих урожаях полевых культур и производительности труда, и служит руководством к действию (Рюбензам Э., 1969). Основоположниками учения о системах земледелия в России были выдающиеся учёные агрономы, экономисты конца XVIII в.: А.Т. Болотов, И.М. Комов, В.А. Левшин и известные практические деятели сельского хозяйства начала XIX в. - Д.М. Полторацкий, И.И. Самарин и др. Им принадлежит приоритет в постановке изучение вопросов о системах земледелия в России и успех в попытках научного решения этого вопроса (Крахалев Ф.С., 1960).

Севооборот считается основой и составной частью любой современной системы земледелия (Крохалев Ф.С., 1960; Воробьёв С.А., Буров Д.И., 1972; Королёв A.B., 1975; Лошаков В.Г., 1976; Туликов A.M., 1977; Нарциссов В.Н., 1982).

Современные системы земледелия в нашей стране базируются на системах севооборотов, обработки почвы, удобрений, защиты растений от сорняков, болезней и вредителей, приёмов регулирования водного режима почв и защиты их от эрозии, разработанных с учётом производственных и экономических условий каждого района и хозяйства (Абрамов Н.В., 1992, Едимеи-чев Ю.Ф. 2000).

Обсуждение проблем почвообработки в мире началось с III в. до н. э., идёт в настоящее время и, по-видимому, продолжится в будущем. Это связано, с одной стороны, с тем, что механическое воздействие на почву касается всех сфер жизнеобеспечения человека (экологической, экономической, социальной), а с другой — с природным потенциалом, историческим опытом, нацио-

8

нальными традициями и уровнем научно-технического развития аграрного сектора региона (Власенко А.Н., 2003).

На Сибирскую землю первые землепашцы пришли в XVI-XVII веке с сохой. Пласт почвы при вспашке сохой не оборачивался, но на легких лесных массивах этого и не нужно - плодородный поверхностный слой достаточно хорошо рыхлился. По современной терминологии, первая сибирская пашня обрабатывалась безотвальным орудием, применялась поверхностная обработка почвы. Во второй половине XIX века в Сибирь завезли плуг-сабан. Он мог пахать на глубину до 27 см, имел железный вогнутый лемех для оборачивания почвенного пласта (Иваненко A.C., 1990).

Сторонники отвальной обработки отмечали: усиление биологической активности почвы, снижение засоренности полей, улучшение её механических свойств, лучшее развитие корневой системы, повышение обеспеченности растений двумя важнейшими элементами плодородия - почвенной влагой и элементами питания (Барсуков Л.Н., 1954; Менделеев Д.И., 1954; Чижевский М.Г., 1957; Иванова O.A., 1957; Квасников В.В., 1960; Иванов П.К., 1961 и др.). Данные о преимуществах глубокого окультуренного пахотного слоя, накопленные классиками агрономии, были обобщены академиком В.Р. Вильямсом (1946) в его учении о травопольной системе земледелия. В основу его теории была положена структура почвы. Для восстановления утраченной структуры он рекомендовал менять местами верхний и нижний слои почвы, это достигается культурной вспашкой с предплужником на глубину не менее 20-22 см. Однако предложенная им система зяблевой обработки почвы, одинаковая для всех природных зон, не получила всеобщего применения, так как не отвечала многообразию почвенно-климатических условий и особенностям каждого поля в одном и том же хозяйстве.

Выдающиеся деятели русской агрономической науки: А. А. Измаильский,

(1949); М.Г. Павлов, В.В. Докучаев, (1951); А.И. Стебут, (1871); ИМ. Комов,

(1789) придавали большое значение глубокой основной обработке почвы. Каса-

9

ясь этого вопроса, К.А. Тимирязев в 1948 г. писал: "Польза глубокой вспашки как одной из мер борьбы с засухой, кажется, не подлежит сомнению, вследствие достигаемого ею двойного результата - накопления и лучшего сбережения влаги. Глубокая вспашка, очевидно, важна не только как средство для увеличения запасов воды, но и как средство для развития более глубоко идущих за ней корней".

В отечественном земледелии долгое время культивировалась глубокая отвальная обработка почвы. Многие наши учёные: К.А. Тимирязев (1948), A.B. Советов (1950), И.А. Стебут (1956) считали отвальную обработку основой сохранения и увеличения плодородия почвы. Однако осуществлялся поиск альтернативных приёмов, менее трудозатратных, чем отвальная обработка. Долгое время вспашка была основным видом обработки почвы, хотя поиски замены ее мелкими обработками не прекращались. Ещё в 1880 г. Д.И. Менделеев (1954) писал, что «очень многие впадают в ошибку, полагая, что глубже пахать, тем лучше». Н.М. Тулайков (1963), А.Г. Дояренко (1965) считали учение В.Р. Вильямса о структуре почвы ошибочным.

Основоположник почвенной микробиологии П.А. Костычев (1898) не считал обязательным приём оборачивания почвы для повышения её плодородия. Он указывал: «во время сильной засухи пересыхает весь пахотный слой почвы, независимо от его глубины. При мелкой вспашке значительная часть корневой системы культурных растений проникает в плотный и поэтому ещё влажный слой почвы, снабжая надземную часть растений достаточным количеством воды».

Для степной зоны Зауралья безотвальная обработка почвы в новой модификации была предложена Т.С. Мальцевым (1955, 1969). Согласно его предложениям, в севообороте предусматривалось периодическое (через 3-4 года) чередование глубокого (на 30-50 см) безотвального рыхления специальным плугом в паровом поле с поверхностной обработкой дисковым лущильником на глубину 11-12 см. Теоретической основой безотвальной обработки Т.С. Мальцева было представление о необходимости оставления на

ю

прежних местах всех слоев почвы, не подвергая их перемешиванию и смещению по горизонтам. Особое значение он придавал оставлению на поверхности самого верхнего слоя почвы, как обладающего более высоким плодородием, так как в нем сосредоточивается основная масса корней и создаются наилучшие условия водного и пищевого режимов.

Впервые плоскорезная обработка почвы стала широко применяться в почвозащитной системе земледелия, разработанной академиком ВАСХНИЛ А.И. Бараевым (1971) для целинных земель северного Казахстана. В основу её положена система обработки почвы под зерновые культуры без оборачивания пласта с сохранением стерни на поверхности. Для выполнения глубокого рыхления в плоскорезной системе обработки почвы использовались плоскорезы-глубокорыхлители КПГ-2-150, КПГ-250, предназначенные для глубокого (на 20-27 см) и поверхнос