Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние многолетнего применения различных систем обработки на агрофизические показатели плодородия дерново-подзолистой глееватой почвы и продуктивность полевых культур в условиях Центрального Нечерноземья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Влияние многолетнего применения различных систем обработки на агрофизические показатели плодородия дерново-подзолистой глееватой почвы и продуктивность полевых культур в условиях Центрального Нечерноземья"

На правах рукописи

Казнин Роман Евгеньевич

ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНЕГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 7 МДЧ /012

Тверь 2012

005044414

005044414

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия»

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор_

Смирнов Борис Александрович

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Щукин Сергей Владимирович

Официальные оппоненты:

Болатбекова Кирмызи Сулеймановна

доктор биологических наук, старший научный сотрудник,

Тверской государственный университет, профессор кафедры физической географии

Лапыгина Валентина Алексеевна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Тверская государственная сельскохозяйственная академия, доцент кафедры общего земледелия и растениеводства

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится 24 мая 2012 г. в Ю00 час. на заседании диссертационного совета Д 220.063.01 при ФГБОУ ВПО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 170904, г. Тверь, ул. Маршала Василевского (Сахарово), д.7 , Тверская ГСХА

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверской ГСХА Автореферат разослан апреля 2012г. и размещен на сайте ВАК РФ

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Н.Н. Иванютина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Агрофизическое состояние пахотных почв является важнейшей составляющей их плодородия, определяющей напряжённость и направленность процессов происходящих в почве и перераспределение энергии. Обработка почвы является одним из основных факторов, влияющих на динамику содержания органического вещества и агрофизических свойств почвы. Причем направленность данных изменений во многом определяется влажностью почвы в момент обработки. Обрабатываемая в сухом и переувлажненном состоянии, почва подвержена разрушению структуры и усиленной минерализации органического вещества, что снижает устойчивость и продуктивность агро-экосистемы. Традиционно применяемая в Нечерноземной зоне система отвальной обработки является энергоемкой и предъявляет высокие требования к состоянию почвы в момент обработки, выдержать которые в производственных условиях весьма проблематично. Система поверхностно-отвальной обработки за счет дифференцированного подхода к чередованию поверхностных и отвальных обработок в севообороте во времени в зависимости от биологических особенностей культуры, засоренности, физического состояния почвы и складывающихся погодных условий позволяет более гибко подходить к решению этих задач. Особенно это актуально для дерново-подзолистых глееватых почв, характеризующихся избыточным увлажнением, которые в только Ярославской области занимают почти 20% от общей площади пашни (около 140 тыс. га), и где влажность почвы часто является определяющим фактором эффективности системы обработки.

Особый интерес, в связи со слабой освещенностью вопроса как в отечественной, так и в иностранной литературе, представляет изучение вопросов связанных со способом заделки соломы на удобрение, а также применения гербицидов для регулирования численности сорного компонента на агрофизическое состояние почвы.

Цель исследований и задачи исследований. Цель исследований - изучить роль многолетнего применения различных систем ресурсосберегающей обработки на разных по интенсивности фонах удобрений и защиты растений в формировании агрофизических свойств дерново-подзолистой глееватой почвы и продуктивности полевых культур; выявить оптимальный вариант обработки почвы, обеспечивающий повышение плодородия почвы, продуктивности полевых культур и уменьшение энергозатрат. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: 1. Выявить роль многолетнего действия разных систем обработки, удобрений и защиты растений на:

1.1 содержание органического вещества в почве;

1.2 агрофизические показатели плодородия почвы (структурно-агрегатный состав, водопрочность, пластичность, плотность сложения, сопротивление пенетрации).

2. Определить роль изучаемых агрофизических показателей плодородия в формировании продуктивности культурных растений.

3. Выявить влияние малолетних сорных растений на динамику содержания органического вещества и агрофизические показатели плодородия.

4. Провести хозяйственную, экономическую и энергетическую оценку перспективных технологий производства продукции полевых культур.

Научная новизна. Впервые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России на основании комплексных исследований, проведенных в многолетнем полевом стационарном опыте на дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почве, установлена положительная роль системы поверхностно-отвальной обработки по фону «солома+ОТК» в оптимизации агрофизического состояния почвы и формирования продуктивности полевых культур.

Практическая ценность работы. В результате многолетних исследований обоснована эффективность применения системы поверхностно-отвальной обработки почвы по фону «солома+ОТК». Данная технология основана на дифференцированном подходе к обработке почвы в зависимости от биологических особенностей культуры, засоренности, и складывающихся погодных условий. Она способствует оптимизации агрофизического состояния за счет более раннего наступления физической спелости почвы и возможности проведения обработки при более высокой влажности, обеспечивает продуктивность возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т к.ед./га и уменьшение общих затрат совокупной энергии на основную обработку в 2,6 раза по сравнению с технологией, базирующейся на системе отвальной обработки.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях ФГБОУ ВПО «ЯрославскаяГСХА» в 2008-2012 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работ, в т.ч. 1 в рецензируемом журнале «Вестник Алтайского аграрного университета», № 4(90), 2012 г.

Структура и объём работы. Основное содержание диссертации изложено на 157 страницах компьютерной верстки, включает 30 таблиц, 64 рисунка и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и 16 приложений. Список использованной литературы включает 272 наименования, в том числе 104 зарубежных источника.

Основные положения, выносимые на защиту:

• роль системы ресурсосберегающей поверхностно-отвальной обработки, удобрений и защиты растений в изменении содержания органического вещества и агрофизических показателей плодородия дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почвы;

• роль органического вещества и агрофизических показателей плодородия в формировании продуктивности полевых культур;

• влияние систем ресурсосберегающей обработки, удобрений и защиты растений на продуктивность полевых культур;

• экономическая и энергетическая эффективность разных по интенсивности технологий производства продукции полевых культур.

За оказанную помощь в проведении исследований и консультации автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой земледелия, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту C.B. Щукину, а также кандидатам сельскохозяйственных наук, старшему научному сотруднику кафедры земледелия Е.В. Большаковой и доцентам A.M. Труфанову и Е.В. Чебыкиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2. Место, условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в 2008-2010 гг. в полевом стационарном многолетнем трёхфакторном опыте, заложенном на опытном поле ФГБОУ ВПО ЯГСХА в 1995 году методом расщеплённых делянок с рендомизированным размещением вариантов в повторениях. Повторность в опыте четырёхкратная.

Почва опытного, участка в период проведения исследований (2008-2010 гг.) содержала: органического вещества - 2,57 %, Р205 - 228,5; К20 — 74,6 мг/кг почвы, сумма обменных оснований составляла 19,66, гидролитическая кислотность - 1,52 мг.экв./ЮО г. почвы, рН солевой вытяжки - 5,86.

Опыт был заложен с чередованием культур во времени: 1995г. (многолетние травы) - 1996 г. (озимая пшеница) - 1997 г. (однолетние травы) - 1998 г. (ячмень) -1999 г. (овес) - 2000 г. (однолетние травы) - 2001 г. (озимая рожь) -2002 г. (однолетние травы) -2003 г. (озимая рожь) - 2004 г. (однолетние травы) - 2005 г. (ячмень) - 2006 г. (озимая тритикале) - 2007 г. (однолетние травы) -2008 г. (озимая рожь) - 2009 г. (однолетние травы) - 2010 г. (озимая рожь). Сорта: озимая пшеница - Мироновская-808, вика полевая - Ярославская-136 + овес - Скакун - однолетние травы, ячмень - Московский-3, озимая рожь - Волхова, Валдай, озимая тритикале - Антей.

В опыте применялись технологии, рекомендованные для региона (за исключением изучаемых).

Схема трёхфакторного (4x6x2) опыта включает 48 вариантов. Фактор А-делянки площадью 756 м2 (54 м х 14 м) - системы обработки почвы, фактор В-делянки площадью 126 м2 (14 м х 9 м) - удобрения и фактор С - делянки площадью 63 м2 (9 м х 7 м) - системы защиты растений от сорняков.

Схема полевого стационарного трёхфакторного (4x6x2) опыта Фактор ^.Система основной обработки почвы, «О».

1. Отвальная: вспашка на 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см, ежегодно, «О!».

2. Поверхностная с рыхлением: рыхление на 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4...5 лет + однократная поверхностная обработка на 6-8 см в остальные 3...4 года, «02».

3. Поверхностно-отвальная: вспашка на 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4...5 лет+ однократная поверхностная обработка на 6-8 см в остальные 3...4 года, «03».

4. Поверхностная: однократная поверхностная обработка на 6-8 см, ежегодно,

«О4».

Фактор ¿.Система удобрений, «У».

1. Без удобрений, «У,».

2. N30, «Уг».

3. Солома 3 т/га, «У3».

4. Солома 3 т/га + N30 (азотное удобрение в расчете 10 кг д.в. на 1 т соломы),

«У 4».

5. Солома 3 т/га + NPK (норма минеральных удобрений, рассчитанная на планируемую прибавку урожая), «У5».

6. NPK (норма минеральных удобрений, рассчитанная на планируемую прибавку урожая), «У6».

Фактор С. Система защиты растений от сорняков, «Г».

1. Без гербицидов, «Г]».

2. С гербицидами, «Г2».

Осуществлялись следующие технологические приемы: вспашка на глубину 20-22 см с оборотом пласта на 180° и с рыхлением подпахотного горизонта - плугом ПБС-2; лущение и поверхностная обработка - ножевой бороной TUME-300 (Финляндия); вспашка на глубину 20-22 см - плугом ПЛН-3-35; (только в 2004 г. на варианте «03»); культивация - культиватором КБМ-4,2НУ; безотвальное рыхление на глубину 20-22 см - сменными рабочими органами к плугу ПБС-2 - рыхлителями. Все операции осуществлялись в агрегате с трактором МТЗ-82.

В опыте применялись следующие гербициды: 2,4-ДА (40%) 2,0 кг/га (1996); Раундап - 5 л/га (1997); Гранстар - 15,0 г/га (1998); Раундап - 8 л/га (2004); Агритокс - 1,25 л/га (2006); Линтур 180 г/га (2010). В 2008 и 2009 гг. изучалось последействие ранее применявшихся гербицидов.

Содержание органического вещества определяли по методу И.В. Тюрина (вариант ЦИНАО) (И.С. Кауричев, 1986); структурно-агрегатный состав - метод Н.И. Саввинова (сухое просеивание); водопрочность почвенной структуры -метод Н.И. Саввинова с использованием прибора И.М. Бакшеева; верхний предел пластичности - метод A.M. Васильева; нижний предел пластичности - метод Аттерберга; сопротивление пенетрации определяли при помощи твердомера Ю.Ю. Ревякина (Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, A.M. Туликов, 1977); влажность почвы - весовой метод (И.С. Кауричев, 1986). Урожайность полевых культур учитывали сплошным методом во всех повторениях опыта. Урожайность зерна озимой ржи рассчитывали на 14% влажность и 100% чистоту, зеленой массы однолетних трав при фактической влажности. Экономическую и энергетическую оценку перспективных технологий производства продукции полевых культур проводили на основании фактических технологических карт, действующих в хозяйствах области, нормативов и цен на продукцию, материа-

лы и энергию (Г.С. Посыпанов, В.Е. Долгодворов, 1995; А.В. Шпилько и др., 2001). Для статистической обработки экспериментальных данных использовали программы «STRAZ», «Disant», «Statistical», «Microsoft Excel 2010».

Метеорологические условия 2007/2008 гг. были, в основном, благоприятными для озимой ржи. Недобор осадков наблюдался в мае (30 мм при среднем многолетнем 53 мм), теплая погода во второй декаде июля ускорила созревание культуры на 1-1,5 недели раньше средних многолетних сроков. Вегетационный период 2009 года характеризовался умеренно теплым и продолжительным летом с недобором осадков в июле и августе (48% и 34% соответственно, при среднем многолетнем 85% и 63%). Погодные условия 2010 года были неблагоприятны для озимой ржи. Жаркая погода с повышением температуры выше 30° на протяжении 22-33 дней сочеталась с почти полным отсутствием осадков (4 мм в июле), что являлось основной причиной снижения продуктивности культуры.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

З.Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на содержание в почве органического вещества

Органическое вещество, как интегральный показатель почвенного плодородия, в значительной мере определяет динамику физических свойств почвы и продуктивности полевых культур. В зависимости от года исследований и выращиваемой культуры выявлена корреляционная зависимость между содержанием органического вещества и изучаемыми показателями: в 2008 г. влажностью (г=0,70; р<0,001), плотностью сложения (г=-0,41; р=0,004), фракцией >3 мм (мокрое просеивание) (г=0,39; р=0,007), урожайностью озимой ржи (г=0,62; р<0,001); в 2009 г. фракцией >3 мм (мокрое просеивание) 0=0,39; р=0,006), урожайностью однолетних трав (г=0,35; р=0,015); в 2010 г. влажностью (г=0,32; р=0,026), сопротивлением пенетрации (г=-0,47; р=0,001), фракцией 1-0,25 мм (мокрое просеивание) (г=-0,35; р=0,014), урожайностью озимой ржи (г=0,59; р<0,001).

В среднем за трёхлетний период исследований (2008-2010 гг.) снижение механического воздействия на почву в системах ресурсосберегающей обработки (02, 03, 04) способствует достоверному увеличению содержания органического вещества на 0,16-0,21% в сравнении с системой отвальной обработки (табл. 1). При этом наибольшее содержание органического вещества наблюдается при применении системы поверхностно-отвальной обработки почвы - 2,59%. Внесение удобрений обусловливает увеличение содержания органического вещества в пахотном слое на 0,03-0,29%. Наибольшие значения в среднем по вариантам обработки и гербицидов получены при применении

соломы совместно с полной нормой минеральных удобрений - 2,74%, а по системе поверхностно-отвальной обработки как с гербицидами, так и без их использования содержание органического вещества было на уровне 2,80-2,86%.

1. Содержание органического вещества в почве (%, в среднем по факторам за период 2008-2010 гг.)

Вариант Слой почвы, см

0-10 | 10-20 | 0-20

Фактор А. Система обработки почвы, «О»

Отвальная, «0|» 2,41 2,43 2,42

Поверхностная с рыхлением, «О,» 2,63 2,59 2,61

Поверхностно-отвальная, «Оз» 2,65 2,63 2,64

Поверхностная, «Од» 2,60 2,57 2,59

НСР„, 0,08 0,06 0,04

Фактор В. Система удобрений, «У»

Без удобрений, «У,» 2,46 2,44 2,45

N30, «У2» 2,51 2,52 2,52

Солома, «У3» 2,50 2,45 2,48

Солома + N30, «У4» 2,51 2,50 2,51

Солома + ОТК,«У5» 2,74 2,73 2,74

№К,«У6» 2,72 2,71 2,72

НСРоз 0,05 0,07 0,04

Фактор С. Система защиты растений, «Г»

Без гербицидов, «Ті» 2,56 2,58 2,57

С гербицидами, «Г2» 2,58 2,53 2,56

НСР05 0,04 Рф<Р05

Применение гербицидов не влияет на содержание органического вещества в слое 0-20 см, но способствует снижению значений в нижнем слое пахотного горизонта (10-20 см), что указывает на определенную роль сорного компонента в изменении данного показателя. Так, установлена положительная связь между содержанием в почве органического вещества и накоплением сухой массы малолетними сорными растениями по системам ресурсосберегающей обработки (Ог, Оз, О4). Особенно это было заметно в 2009 году, где были получены следующие коэффициенты корреляции по системам обработки: отвальная (г=0,43р=0,16); поверхностная с рыхлением (г=0,80 р=0,002); поверхностно-отвальная (г=0,62 р=0,032); поверхностная (г=0,82 р=0,001).

4.Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на динамику агрофизических показателей плодородия

почвы

Структурно-агрегатный состав почвы (сухое просеивание) за время исследований по всем изучаемым вариантам обработки, удобрений и гербицидов изменялся незначительно (табл. 2).

2. Структурное состояние почвы

Вариант Содержание агрегатов 10-0,25 мы, 2008-2009 гг. (сухое просеивание) Содержание агрегатов >0,25 мм, 2008-2010 гг. (мокрое просеивание)

слой почвы, см

0-10 | 10-20 | 0-20 Г 0-10 | 10-20 | 0-20

Фактор А. Об работка почвы, «О»

Отвальная, «О1» 69,78 69,11 69,44 59,17 61,26 60,22

Поверхностная с рыхлением, «О2» 70,35 70,81 70,58 61,71 63,63 62,67

Поверхностно-отвальная, «О,» 69,66 69,48 69,57 62,38 63,32 62,85

Поверхностная, «0<» 69,26 68,72 68,99 63,01 63,57 63,29

НСР(,5 Кф<Р05 Рф<Ро5 3,48 1,80 2,23

Фактор В. Удобрение, «У»

Без удобрений, «У!» 69,24 69,64 69,44 60,25 61,39 60,82

К,о,«У2» 69,82 70,44 70,13 61,49 65,33 63,41

Солома 3 т/та, «У3» 69,48 68,76 69,12 63,06 62,51 62,79

Солома 3 т/га + N30, «У4» 70,61 69,54 70,08 61,51 62,22 61.87

Солома 3 т/та + ІЧРК, «У<» 69,37 68,69 69,03 61,38 64,44 62,91

№>К, «У6» 70,03 70,13 70,08 61,71 61,79 61,75

НСР0! Рф<Ро5 Рф<-Ро5 Е^ОЗ 2,59 Р^ОЗ

Фактор С. Система защиты растений, «Г»

Без гербицидов, «Г,» 69,81 69,30 69,56 62.19 63,00 62,60

С гербицидами, «Г2» 69,71 69,76 69,73 60,94 62,89 61,92

НСР05 Рф^СЯ Р*<Ро5 Рф<Р»5 Рф*-Ро5

80

Без гербицидов

70 4 без удобрений

60

50

% чо

30

20

10

солома+МРК

Ш

м щ

т

С гербицидами

беїудобрнеяй

солом а*ЫРК

01 02 03 04 01 02 03 04 01 02 03 04 01 02 03 04 Система обработки почвы

0>3мм □ 1-3 мм 00,25-1 мм

Рис.1. Распределение фракций водопрочных агрегатов в зависимости от системы обработки почвы (слой 0-20 см; 2008-2010 гг.)

Водопрочность макроагрегатов была на 2,05-3,07% выше при применении систем ресурсосберегающей обработки (02,03>04), что в основном происходит за счет фракции > 3 мм и 1-Змм. Особенно это было заметно при применении поверхностно-отвальной обработки по фону внесения соломы совместно с полным минеральным удобрением (Ys) на вариантах с гербицидами (рис.1). В вариантах без гербицидов поверхностно-отвальная обработка по фону «соло-ма+NPK» обеспечила наибольший (27,46%) выход фракции >3 мм.

Внесение азотных удобрений (У2) и соломы с полной нормой минеральных удобрений (У5) способствует достоверному увеличению массовой доли водопрочных агрегатов в нижнем слое почвы на 3,94 и 3,05% соответственно.

Применение гербицидов способствует незначительному снижению массовой доли ма!фоагрегатов >0,25 мм в верхнем (0-10 см) слое за счет фракции >3 мм и 1-0,25 мм на 1,70 и 1,25% соответственно.

Пластичность почвы (пределы, число) является важной качественной характеристикой почвы, определяющей ее реологические и технологические свойства.

Почва опытного участка характеризуется динамикой числа пластичности по разным слоям пахотного горизонта от 9,76 до 11,61, что подтверждает данные гранулометрического состава и характеризует почвы как среднесуглини-стые. Пределы пластичности в среднем за 2008-2010 гг. в пахотном слое (0-20 см) изменялись по системам обработки. Отвальная: верхний от 31,84 до 32,46% и нижний от 20,39 до 21,05%; поверхностно-отвальная: верхний от 30,27 до 31,78% и нижний от 19,30 до 21,53%; поверхностная: верхний от 31,56 до 32,78% и нижний от 20,40 до 20,54%.

Принимая нижнюю границу пластичности за предел оптимальной влажности, которая определяет возможность проведения качественной обработки почвы, следует отметить, что система поверхностно-отвальной обработки по фону совместного применения соломы и полного минерального удобрения характеризуется наиболее благоприятными условиями для обработки. Переход из пластичного в упруго-хрупкое состояние на данном варианте в слое 0-10 см соответствует наибольшей влажности - 22,26%. Это значит, что на данном варианте физическая спелость наступает раньше, чем на других, что обусловливает оптимизацию физических свойств при обработке.

Проведенный множественный корреляционно-регрессионный анализ за период исследований с 2008 по 2010 гг. выявил тесную связь между влажностью (У) почвы и изучаемыми агрофизическими показателями:

У=34,4527+0,00б4Хг7,6042Х2-0,1833Хз(1)

R=0,79; R2=0,63; р<0,00001, где У - влажность, %; Xi - доля водопрочных макроагрегатов, %; Х2 - плотность г/см3; Х3 - сопротивление пенетрации кг/см2.

Анализ взаимосвязи влажности почвы с агрофизическими показателями свидетельствует об обратной связи влажности с показателями плотности и сопротивления пенетрации. На это указывают отрицательные коэффициенты регрессии. При этом связь между влажностью и водопрочностью почвы была не-

существенна (р>0,05). Вместе с этим интересно отметить разнонаправленную связь влажности нижнего предела пластичности с массовой долей фракций водопрочных агрегатов. Так, фракция 1-0,25 мм имела отрицательную связь (г=-0,60; р=0,009), а фракция >3 мм - положительную (г=0,65; р=0,004).

Плотность почвы является значимым агрофизическим показателем, характеризующим состав, форму и укладку почвенных агрегатов. Проведенный множественный корреляционно-регрессионный анализ установил наличие отрицательной связи между плотностью (У) и показателями влажности, содержанием органического вещества и водопрочностью макроагрегатов на что указывают отрицательные коэффициенты регрессии (р<0,05).

У= 2,241057-0,0265Х.-0,1125Х2-0,0045Х3(2)

г= 0,64; 0,40; р<0,00001, где У - плотность, г/см3; X! - содержание органического вещества, %; Х2 - влажность, %; Х3 - доля водопрочных макроагрегатов, %.

Динамика плотности сложения за период исследований 2008-2010 гг. в течение вегетации культур изменялась в пределах - 1,00-1,44 г/см3(озимая рожь, 2008 г.), 0,80-1,48 г/см3(однолетние травы, 2009 г.),0,98-1,48 г/см3(озимая рожь, 2010 г.).

Система поверхностно-отвальной обработки в среднем по вариантам удобрений и гербицидов способствует снижению плотности сложения в верхнем слое на 0,03 г/см3. Внесение удобрений «N30», «солома+ЭДРК» и «№К» в среднем по вариантам обработки и гербицидов обусловливает снижение плотности на 0,04- 0,05 г/см3.

Применение системы поверхностно-отвальной обработки по фону «соло-ма+МРК» как без гербицидов, так и с их применением обеспечивает наиболее благоприятную динамку плотности сложения почвы во время вегетации культур: в посевах озимой ржи (2008 г.) в пределах - 1,06-1,28г/см3; в посевах однолетних трав (2009 г.) в пределах - 0,99-1,28 г/см3; в посевах озимой ржи (2010 г.) в пределах - 0,87-0,98 г/см3.

Сопротивление пенетрации (твердость) почвы — важный качественный показатель, определяющий рост и развитие корневой системы растения. Проведенные исследования установили тесную отрицательную корреляционную связь меящу сопротивлением пенетрации и влажностью почвы (г=-0,72; р<0,0001) и среднюю положительную связь между сопротивлением пенетрации и плотностью сложения (г=0,35; р<0,0001). Также была установлена прочная обратная связь между сопротивлением пенетрации и показателями обилия малолетних сорняков (численность: г=-0,73; р<0,0001; сухая масса: г=-0,65; р<0,0001), что указывает на их роль в формировании агрофизических свойств почвы.

В течение всего периода исследований наблюдалась четкая дифференциация пахотного горизонта с увеличением сопротивления пенетрации по мере увеличению глубины. Применение систем ресурсосберегающей обработки (02,03,04) в среднем по системам удобрений и защиты растений способствует увеличению сопротивления пенетрации. Наиболее высокие значения свойст-

венны системе поверхностной обработки, где наблюдается увеличение сопротивления проникновению штока твердомера на 0,3-5,1 кг/см2 по всем изучаемым слоям (рис. 2).

Применение системы поверхностно-отвальной обработки также сопровождается тенденцией увеличения твердости относительно отвальной на глубине 10, 15 и 20 см. При этом достоверные значения получены лишь на глубине 25 см.

0.0 5,0 10,0 15,0 20,0 25.0 30,0 35,0 40,0

кг/см2

□ Отвальная Ш Поверхнотсная с рыхлением

0 Поверхностно-атзальная Ш Поверхностная

Рис.2. Сопротивление пенетрации в зависимости от систем обработки почвы (значение±НСР05А; в среднем по системам удобрений и защиты растений; в среднем за 2008-2010 гг.)

Применение удобрений способствует снижению сопротивления пенетрации в пахотном слое. Наиболее положительно проявил себя вариант совместного применения соломы и полного минерального удобрения, который обеспечил достоверное снижение значений показателя на глубине 5, 10 и 15 см на 1,89, 1,81 и 1,38 кг/см2 соответственно.

Применение гербицидов обусловило увеличение сопротивления пенетрации по всему профилю пахотного горизонта на 0,21- 0,79 кг/см2.

5. Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на продуктивность полевых культур

Из всех изучаемых показателей на продуктивность культур в большей степени влияло содержание органического вещества в почве. Особенно это было заметно при выращивании озимой ржи в 2008 г. (г=0,62; р=0,0001) и 2010 г. (г=0,59; р=0,0001).

В 2008 году продуктивность культур имела среднюю отрицательную связь с плотностью сложения (г=-0,47; р=0,001), а в 2009 и 2010 гг. с сопротивлением пенетрации (г=-0,38; р=0,0008 и г=-0,55; р=0,0001 соответственно).

Влажность почвы оказывала положительное влияние на урожайность озимой ржи в 2008 г. (г=0,55; р=0,0001) и 2010 г. (г=0,47; р=0,001).

Установлено положительное влияние на продуктивность озимой ржи накопления сухой массы малолетними сорными растениями в конце вегетации (2008 г.: г=0,60; р=0,0001 и 2010 г.: г=0,32; р=0,028), что указывает на определенную экологическую роль сорного компонента. Малолетние сорняки характеризуются меньшей вредоносностью по сравнению с многолетними, и в отдельных случаях могут положительно влиять на показатели плодородия, выступая как дополнительный источник органического вещества, регулируя влажность почвы, выполняя протекторную функцию. При этом следует отметить, что численность малолетних сорняков в течение периода исследований не влияет на продуктивность возделываемых культур.

Для установления связи продуктивности культурных растений с изучаемыми показателями плодородия были рассчитаны уравнения множественной регрессии для дерново-подзолистой глееватой почвы:

1. Озимая рожь, 2008 г.:

У= -5,44212+3,51793Х,+0,02814Х2-4,53561 ХГ0,15625Х4+0,30488Х5

R=0,76; R2=0,53; р<0,00001

2. Однолетние травы, 2009 г.:

У=1,854872+0,419438х1+0,015041хг+0,147123хг0,070782х4+0)026505х5

R=0,55; R2=0,30; р<0,00884

3. Озимая рожь, 2010 г.:

У=-1,06069+0,59524Хг0,00797Х2+0,30853Хз-0,03407Х4+0,04278Х5

R=0,71; R2=0,51; Р<0,00001

Характеристика величин в регрессионных уравнениях: У — урожайность культуры, т к.ед./га; X) - содержание органического вещества, %; Х2 - доля водопрочных макроагрегатов, %; Хз - плотность, г/см3; Х4 - сопротивление пенетрации, кг/см2; Х5 - влажность, %.

Коэффициенты множественной корреляции свидетельствуют о наличии тесной связи между продуктивностью озимой ржи и изучаемыми показателями плодородия как в 2008, так и в 2010 гг. В 2009 году связь была средней, и большей мере определялась влиянием сопротивления пенетрации.

Усредненные урожайные данные за 2008-2010 гг., выраженные в т к.ед./га в среднем по факторам свидетельствуют, что применение систем об-

работки почвы без оборота пласта (поверхностная с рыхлением и поверхностная) обусловливает снижение продуктивности полевых культур относительно отвальной обработки (табл.3). Применение системы поверхностно-отвальной обработки способствует увеличению продуктивности на 0,11 т к.ед./га.

3. Продуктивность полевых культур

(т к.ед./га, основная прод укция, в с реднем по факторам)

Вариант Озимая рожь, 2008 г. Однолетние травы (зеленая масса), 2009 г. Озимая рожь, 2010 г. В среднем за 20082010 гг.

Фактор А. Система обработки почвы, «О»

Отвальная, «О1» 2,38 2,95 0,53 1,96

Поверхностная с рыхлением, «О2» 2,22 2,70 0,52 1,82

Поверхностно-отвальная, «Оз» 2,49 3,04 0,68 2,07

Поверхностная. «04» 2,15 2,55 0,52 1,74

НСР05 Рф<Р05 0,35 0,04 0,17

Фактор В. Система удобрений, «У»

Без удобрений, «Уі» 1,22 2,52 0,33 1,36

N30^2» 1,55. 2,65 0,34 1,51

Солома, «У3» 1,44 2,74 0,38 1,52

Солома + N30, «У.»» 1,77 2,82 0,49 1,69

Солома + ЫРК. «У5» 4,15 3,19 0,96 2,77

№>К, «У6» 3,76 2,97 0,88 2,54

НСР05 0,28 0,23 0,05 0,50

Фактор С. Система защиты растений, «Г»

Без гербицидов, «П» 2,29 2,81 0,57 1,89

С гербицидами, «Г?» 2,44 2,82 0,55

НСР05 0,15 Кф<Р05 0,02 0,05

Внесение соломы совместно с полным минеральным удобрением в среднем по системам обработки и защиты растений в годы с метеорологическими условиями близкими к средним многолетним обеспечило увеличение продуктивности озимой ржи (2008 г.) на 2,93 т к.ед./га и однолетних трав (2009 г.) на 0,67 т к.ед./га по сравнению с вариантом без удобрений.

Применение гербицидов в среднем по системам обработки и удобрений сопровождалось достоверным увеличением продуктивности культур на 0,05 т к.ед./га. Причем наиболее заметно это было в 2008 году.у-Так, последействие гербицидов по системам безотвальной обработки (Ог и 04) по фону «ОТК» обусловливало увеличение урожайности озимой ржи на 0,56-0,93 т к.ед./га.

Система поверхностно-отвальной обработки по фону «солодоа+№К» как с гербицидами, так и без гербицидов в годы по метеорологическим условиям близким к средним многолетним, обеспечивает продуктивность возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т к.ед./га.

6. Экономическая и энергетическая эффективность перспективных технологий производства продукции полевых культур

Расчет экономической эффективности технологий производства зерна озимой ржи и зеленой массы однолетних трав свидетельствует о преимуществе системы поверхностно-отвальной обработки над ежегодной отвальной как по фону без удобрений, так и по фону применения соломы совместно с полной нормой минеральных удобрений. Технология производства озимой ржи по поверхностно-отвальной обработке по фону «солома+№К» с гербицидами обеспечила наибольшую урожайность культуры (40,43 ц/га), наименьшую себестоимость зерна (3615 руб./т), наибольший условный чистый доход (14991,2 руб./га) и уровень рентабельности (112,8%). При производстве однолетних трав наиболее высокий условный чистый доход (12064,8 руб./га) был получен по системе поверхностно-отвальной обработки по фону «солома+ЫРК» с гербицидами, а уровень рентабельности (231,2%) по поверхностно-отвальной обработки по фону «без удобрений» и без гербицидов.

Расчет энергетической эффективности технологии возделывания озимой ржи и зеленой массы однолетних трав, указывает что применение технологии базирующейся на системе поверхностно-отвальной обработки по фону «со-лома+ЖК» обеспечивает увеличение чистого энергетического дохода на 0,177,41 ГДж/га, коэффициента энергетической эффективности и биоэнергетического коэффициента посева на 0,57-0,62, снижения энергетической себестоимости на 0,25-0,72 ГДж/га по сравнению с системой ежегодной отвальной обработки.

4. Затраты совокупной энергии на основную обработку почвы в среднем за год _при четырёх- и пятилетнем периодах ротации системы, МДж/га_

Озимая рожь (2008) Однолетние травы (2009)

Показатель отвальная, «СЬ» поверхностно-отвальная, «Оз» отвальная, «О!» поверхностно-отвальная, «Оз»

Машины и оборудование 40,00 9,20 40,00 11,12

ГСМ 1586,82 554,91 1586,82 619,31

Трудовые ресурсы 2,77 0,75 2,77 1,01

Итого 1629,59 564,86 1629,59 631,44

Применение системы поверхностно-отвальной обработки характеризуется снижением затрат совокупной энергии на основную обработку при возделывании озимой ржи и однолетних трав соответственно в 2,87 и 2,58 раза, в том числе затрат на: машины и оборудование в 4,35 и 3,60 раза, ГСМ в 2,85 и 2,56 раза и затрат труда в 3,69 и 2,74 раза по сравнению с системой отвальной обработки (табл. 4).

выводы

1. Многолетнее применение систем ресурсосберегающей обработки (02, 03, 04) способствует достоверному увеличению содержания органического вещества в почве на 0,16-0,21% в сравнении с системой отвальной обработки. Внесение удобрений обусловливает увеличение содержания органического вещества в пахотном слое на 0,03-0,29%. Наибольшие значения получены при применении системы поверхностно-отвальной обработки по фону «соло-ма+ЫРК» как с гербицидами, так и без их использования, где содержание органического вещества было на уровне 2,80-2,86%.

2. Выявлена тесная корреляционная зависимость между содержанием органического вещества и влажностью почвы в 2008 г. (г=0,70; р<0,001), а также средняя связь между содержанием органического вещества и урожайностью озимой ржи в 2008 г. (т=0,62; р<0,001(2008 г.) и 2010 г. (г=0,59; р<0,001).

3. Изучаемые варианты обработки, удобрений и гербицидов не оказывают существенного влияния на структурно-агрегатный состав почвы (сухое просеивание).

Ресурсосберегающая обработка повышает водопрочность макроагрегатов на 2,05-3,07%, что в основном происходит за счет фракции > 3 мм и 1-Змм. Особенно это было заметно при применении системы поверхностно-отвальной обработки по фону внесения соломы совместно с полным минеральным удобрением (У5) как с гербицидами, так и без их использования.

4. Влажность почвы находится в тесной связи с агрофизическими показателями плодородия (11=0,79; р<0,00001) (уравнение 1).

Применение системы поверхностно-отвальной обработки по фону «соло-ма+ЫРК» обусловливает более раннее наступление физической спелости почвы, на что указывает нижний предел пластичности, который в верхнем слое соответствует наибольшей влажности - 22,62%.

5. Плотность сложения почвы характеризуется отрицательной связью с показателями влажности, содержанием органического вещества и во-допрочностью макроагрегатов (уравнение 2).

Применение системы поверхностно-отвальной обработки, в среднем по вариантам удобрений и гербицидов, способствует снижению плотности сложения в верхнем слое на 0,03 г/см3.

Внесение удобрений «N30», «солома+>1РК» и «№>К» в среднем по вариантам обработки и защиты растений обусловливает снижение плотности на 0,04-0,05 г/см3.

6. Сопротивление пенетрации (твёрдость) почвы находится в тесной отрицательной связи с влажностью почвы (г=-0,72; р<0,0001), в средней положительной с плотностью сложения (г=0,35; р<0,0001), в тесной отрицательной с показателями обилия малолетних сорняков (численность: г=-0,73, р<0,0001; сухая масса: г=-0,65, р<0,0001). Наиболее высокие значения показателя получены при применении системы поверхностной обработки, где наблюдалось увеличение сопротивления проникновению штока твердомера на 0,3-5,1 кг/см2 по всем изучаемым слоям. Вариант совместного применения соломы и полного мине-

рального удобрения обеспечивает достоверное снижение значений показателя на глубине 5,10 и 15 см на 1,89,1,81 и 1,38 кг/см2 соответственно.

Применение гербицидов способствует увеличению сопротивления пенет-рации по всему профилю пахотного горизонта на 0,21- 0,79 кг/см2.

7. Продуктивность культур находится в достаточно прочной связи с комплексом изучаемых показателей. Коэффициенты множественной корреляции характеризуют эту связь как прочную (11-0,71-0,76; Р<0,00001) для озимой ржи (2008, 2010 гг.) и как среднюю (11=0,55; Р<0,00001) для однолетних трав (2009 г.).

8. Выявлена положительная связь между накоплением сухой массы малолетними сорными растениями в конце вегетации и продуктивностью озимой ржи в 2008 г. (г=0,60; р=0,0001) и 2010 г. (г=0,32; р=0,028), а также органическим веществом по системам обработки: поверхностная с рыхлением (г=0,80 р=0,002); поверхностно-отвальная (г=0,62 р=0,032); поверхностная (г=0,82 р=0,001).

9. Применение системы поверхностно-отвальной обработки в среднем за годы исследований, способствует увеличению продуктивности культур на 0,11 т к.ед./га.

Внесение соломы совместно с полным минеральным удобрением в среднем по системам обработки и защиты растений в годы по метеорологическим условиям близким к средним многолетним обеспечивает увеличение продуктивности озимой ржи (2008 г.) на 2,93 т к.ед./га и однолетних трав (2009 г.) на 0,67 т к.ед./га.

Применение гербицидов в среднем по системам обработки и удобрений сопровождается достоверным увеличением продуктивности культур на 0,05 т к.ед./га.

10. Технология производства озимой ржи, базирующаяся на поверхностно-отвальной обработке по фону «солома+КРК» с гербицидами, обеспечивает получение наибольшего условного чистого дохода (14991,2 руб./га) и уровня рентабельности (112,8%). При производстве однолетних трав наиболее высокий условный чистый доход (12064,8 руб./га) был получен по системе поверхностно-отвальной обработки по фону «солома+КРК» с гербицидами, а уровень рентабельности (231,2%) по поверхностно-отвальной обработке по фону «без удобрений» и без гербицидов.

11. Технология, базирующаяся на системе поверхностно-отвальной обработки по фону «солома+ИРК», обеспечивает увеличение чистого энергетического дохода на 0,17-7,41 ГДж/га, коэффициента энергетической эффективности и биоэнергетического коэффициента посева на 0,57-0,62, снижения энергетической себестоимости на 0,25-0,72 ГДж/га по сравнению с системой ежегодной отвальной обработки.

12. Применение системы поверхностно-отвальной обработки характеризуется снижением затрат совокупной энергии при возделывании озимой ржи и однолетних трав соответственно в 2,87 и 2,58 раза, в том числе затрат на: машины и оборудование в 4,35 и 3,60 раза, ГСМ в 2,85 и 2,56 раза и затрат труда в 3,69 и 2,74 раза по сравнению с системой отвальной обработки.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Для дерново-среднеподзолистой глееватой среднесуглинистой почвы Центрального района Нечерноземной зоны России в качестве основной рекомендуется применение системы поверхностно-отвальной обработки, базирующейся на сочетании отвальной на глубину 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4...5 лет и поверхностной обработки на 6-8 см в последующие 3...4 года.

Предлагаемая система по фону совместного применения соломы с полным минеральным удобрением обеспечивает более раннее наступление физической спелости почвы и возможность проведения обработки при более высокой влажности. Это ведет к оптимизации агрофизического состояния почвы и получению продуктивности возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т/га при наиболее высоком экономическом и энергетическом эффекте и уменьшении общих затрат совокупной энергии на основную обработку в 2,6 раза по сравнению с технологией, базирующейся на системе отвальной обработки.

Список опубликованных работ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Казнин, P.E. Водоустойчивость макроструктуры дерново-подзолистой глееватой почвы при минимизации обработки/Р.Е. Казнин, C.B. Щукин, С.С. Сивкова, Б.А. Смирнов// Вестник Алтайского государственного аграрного университета.-2012.-№4(90).-С.24-28.

Публикации в сборниках научных трудов и материалов конференций:

2. Казнин, P.E. Изменение структурно-агрегатного состава почвы под влиянием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов/ Р.Е.Казнин // Сборник научных трудов 30-юбилейной Всероссийской научно-практической конференции «НИРС - первая ступень в науку»,- Ярославль: ЯГСХА.-2007.-С.18-20.

3. Казнин, P.E. Влияние разных по интенсивности систем обработки и удобрений на структурное состояние почвы и урожайность полевых культур/ P.E. Казнин // Сборник научных трудов по материалам XIII международной научно-практической конференции «Инновационные направления развития конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых».-Ярославль: ЯГСХА.-2010.-СЛ6-20.

4. Казнин, P.E. Взаимодействие физических свойств почвы, их роль в формировании урожайности полевых культур/ P.E. Казнин // Сборник научных трудов по материалам XIV международной научно-практической конференции «Инновационные направления развития конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых».-Ярославль: ЯГСХА.-2011.-С.127-132.

Подписано в печать 19.04.2012. 60 х 84 V|6. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Усл. печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ № 17.

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО «Ярославская ГСХА». 150042, г. Ярославль, Тутаевское шоссе, 58.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Казнин, Роман Евгеньевич, Ярославль

61 12-6/399

ФГБОУ ВПО «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах рукописи

Казнин Роман Евгеньевич

ВЛИЯНИЕ МНОГОЛЕТНЕГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЛОДОРОДИЯ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, докто наук, профессор

з сельскохозяйственных

Б.А. Смирнов

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент С.В. Щукин

Ярославль 2012 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

Глава 1. Обзор литературы............................................................... 3

1.1. Изменение агрофизических показателей плодородия почвы под действием разных по интенсивности систем основной обработки.......... 8

1.2. Влияние минеральных удобрений и соломы на агрофизические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур...... 22

1.3. Влияние гербицидов на агрофизические показатели плодородия почвы и урожайность полевых культур...................................................... 32 •

Глава 2. Место, условия и методика проведения исследований..................................37

2.1. Характеристика почвенного покрова........................................................................................38

2.2. Метеорологические условия в годы исследований....................................................38

2.3. Схема полевого стационарного трехфакторного опыта (4x6x2)......... 42

2.4. Методика исследований......................................................................................................................46

Глава 3. Влияние различных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на содержание в почве органического вещества... 48

Глава 4. Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на динамику агрофизических показателей плодородия почвы......................................................................................... 62

4.1. Изменение структурно-агрегатного состава почвы под действием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений.............................................................................. 62

4.2. Изменение водопрочности почвы под действием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений........... 85 '

4.3. Изменение пластичности почвы под действием разных по интенсив-

ности систем обработки и удобрений........................................ 100

4.4. Динамика плотности почвы под действием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений........................... 107

4.5. Динамика сопротивления пенетрации (твердости) почвы под действием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений...................................................................... 122

Глава 5. Влияние различных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на продуктивность полевых культур............... 136

Глава 6. Экономическая и энергетическая эффективность перспективных технологий производства продукции полевых культур........................... 144

6.1. Экономическая эффективность производства продукции полевых культур................................................................................ 144

6.2. Энергетическая эффективность производства продукции полевых культур................................................................................ 148

Выводы........................................................................................ 153

Предложения производству.............................................................. 157

Список литературы........................................................................ 158

Приложения

187

ВВЕДЕНИЕ

Агрофизическое состояние пахотных почв является важнейшей составляющей их плодородия, определяющей напряжённость и направленность процессов происходящих в почве и перераспределение энергии. Обработка почвы является одним из основных факторов, влияющих на динамику содержания органического вещества и агрофизических свойств почвы. Причем направленность данных изменений во многом определяется влажностью почвы в момент обработки. Обрабатываемая в сухом и переувлажненном состоянии, почва подвержена разрушению структуры и усиленной минерализации органического вещества, что снижает устойчивость и продуктивность агро-экосистемы. Традиционно применяемая в Нечерноземной зоне система отвальной обработки является энергоемкой и предъявляет высокие требования к состоянию почвы в момент обработки, выдержать которые в производственных условиях весьма проблематично. Система поверхностно-отвальной обработки за счет дифференцированного подхода к чередованию поверхностных и отвальных обработок в севообороте во времени в зависимости от биологических особенностей культуры, засоренности, физического состояния почвы и складывающихся погодных условий позволяет более гибко подходить к решению этих задач. Особенно это актуально для дерново-подзолистых глееватых почв, характеризующихся избыточным увлажнением, которые в только Ярославской обрасти занимают почти 20% от общей площади пашни (около 140 тыс. га), и где влажность почвы часто является определяющим фактором эффективности системы обработки.

Особый интерес, в связи со слабой освещенностью вопроса как в отечественной, так и в иностранной литературе, представляет изучение вопросов связанных со способом заделки соломы на удобрение, а также применения гербицидов для регулирования численности сорного компонента на агрофизическое состояние почвы.

Цель исследований и задачи исследований. Цель исследований -изучить роль многолетнего применения различных систем ресурсосберегающей обработки на разных по интенсивности фонах удобрений и защиты растений в формировании агрофизических свойств дерново-подзолистой глеева-той почвы и продуктивности полевых культур; выявить оптимальный вариант обработки почвы, обеспечивающий повышение плодородия почвы, продуктивности полевых культур и уменьшение энергозатрат.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Выявить роль многолетнего действия и взаимодействия разных систем обработки, удобрений и защиты растений на:

1.1 содержание органического вещества в почве;

1.2 агрофизические показатели плодородия почвы (структурно-агрегатный состав, водопрочность, пластичность, плотность сложения, сопротивление пенетрации).

2. Определить роль изучаемых агрофизических показателей плодородия в формировании продуктивности культурных растений.

3. Выявить влияние малолетних сорных растений на динамику содержания органического вещества и агрофизические показатели плодородия.

4. Провести хозяйственную, экономическую и энергетическую оценку перспективных технологий производства продукции полевых культур.

Научная новизна. Впервые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России на основании комплексных исследований, проведенных в многолетнем полевом стационарном опыте на дерново-подзолистой глеева-той среднесуглинистой почве, установлена положительная роль системы поверхностно-отвальной обработки по фону «солома+ТчПРК» в оптимизации агрофизического состояния почвы и формирования продуктивности полевых культур.

Практическая ценность работы. В результате многолетних исследований обоснована эффективность применения системы поверхностно-отвальной обработки почвы по фону «солома+ЫРК». Данная технология ос-

нована на дифференцированном подходе к обработке почвы в зависимости от биологических особенностей культуры, засоренности, и складывающихся погодных условий. Она способствует оптимизации агрофизического состояния за счет более раннего наступления физической спелости почвы и возможности проведения обработки при более высокой влажности, обеспечивает продуктивность возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т к.ед./га и уменьшение общих затрат совокупной энергии на основную обработку в 2,6 раза по сравнению с технологией, базирующейся на системе отвальной обработки.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях ФГБОУ ВПО ЯГСХА в 2008-2012 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работ, в т.ч. 1 в рецензируемом журнале «Вестник Алтайского аграрного университета», № 4(90), 2012 г.

Структура и объём работы. Основное содержание диссертации изложено на 157 страницах компьютерной верстки, включает 30 таблиц, 64 рисунка и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и 16 приложений. Список использованной литературы включает 272 наименования, в том числе 104 зарубежных источника. Основные положения, выносимые на защиту:

• роль системы ресурсосберегающей поверхностно-отвальной обработки, удобрений и защиты растений в изменении содержания органического вещества и агрофизических показателей плодородия дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почвы;

• роль органического вещества и агрофизических показателей плодородия в формировании продуктивности полевых культур;

• влияние систем ресурсосберегающей обработки, удобрений и защиты растений на продуктивность полевых культур;

• экономическая и энергетическая эффективность разных по интенсивности технологий производства продукции полевых культур.

За оказанную помощь в проведении исследований и консультации автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой земледелия, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту С.В. Щукину, а также кандидатам сельскохозяйственных наук, старшему научному сотруднику кафедры земледелия Е.В. Большаковой и доцентам A.M. Труфанову и Е.В. Чебыкиной.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Изменение агрофизических показателей плодородия почвы под

действием разных по интенсивности систем основной обработки

Еще в древние времена, как зафиксировано в самых ранних трудах по земледелию, обработкой почвы люди стремились решить определенные задачи: как можно лучше и глубже взрыхлить землю перед посевом; заделать верхний распыленный слой почвы, а также удобрения, дернину, пожнивные остатки и осыпавшиеся семена сорных растений; уничтожить сорняки и выровнять поверхность поля.

Эти задачи на протяжении всей истории земледелия по сути своей не менялись и лишь дополнялись новыми.

Пашенное (пахотное) земледелие, при котором для обработки земли использовались упряжные орудия, появилось в Европе в 4-3-м тысячелетиях до н.э. (Ю.А. Краснов, 1968; Ю.А. Краснов, 1987). Толчком в развитии плужной обработки было завоевание римлянами Галлии, где в то время было много нетронутых земель (С.М. Скорняков, 1977). А в XVIII веке в Англии делаются первые попытки теоретически обосновать необходимость проведения вспашки (7. Ти11, 1733).

Необходимость вспашки, как приема обработки признавали и отечественные ученые. Так, И.М. Комов писал: «Пахота есть главное в земледелии дело». А И.А. Стебут в 1883 году предполагал, что «улучшение обработки должно начинаться с увеличения глубины вспашки земли под осень для того, чтобы земля могла в течение зимы лучше и глубже пропитаться влагой и далее ее сохранить весной на пользу растений в первое время их развития» (И.А. Стебут, 1956).

Но в конце позапрошлого века то, что казалось непреложной истиной -необходимость плужной обработки почвы, впервые подверглась сомнению.

А в течение прошлого столетия эта ревизия основ земледелия уже приобрела вид теории, прочно подкрепленной практикой.

В нашей стране у истоков минимизации обработки стоял И. Е. Овсин-ский (1899), предложивший в конце XIX в. «Новую систему земледелия», где не использовался плуг. Спустя полвека идею безотвальной обработки почвы развил учёный колхозник-опытник Т. С. Мальцев. Он рекомендовал чередовать глубокую безотвальную обработку почвы плугами без отвалов с поверхностной многократной обработкой дисковыми лущильниками (Т.С. Мальцев, 1955).

Основная цель, преследуемая обработкой почвы, создание благоприятных условий для прорастания семян, роста и развития культурных растений, достигается изменением агрофизических свойств почвы.

Влияние различных способов обработки на плодородие почвы является неоднозначным. Одним из определяющих факторов эффективности той или иной системы обработки является их влияние на физические свойства почвы. Поэтому проблема оптимизации физических показателей плодородия является актуальной. Актуальность проблемы возрастает в связи с усиливающейся антропогенной нагрузкой на почвы, ведущей к их дегуми-фикации, дезагрегации, переуплотнению, т.е. к физической деградации (А.Г. Бондарев, 1994; JI.M. Державин, 2006). В этом контексте структура почвы играет решающую роль. Хорошо известны проблемы, связанные со структурой почвы. К ним относятся: поверхностное уплотнение, образование трещин (J. W. A. Poesen, 1993), почвенная эрозия (Н. Blanco, 2008) загрязнение грунтовых вод из-за увеличения скорости транспортных потоков в почве по макропорам (A. Carminati and Н. Flühler, 2009). Имеется достаточно данных, указывающих на то, что хорошо выраженная структура почвы значительно увеличивает ее плодородие, способствует получению высокой и стабильной урожайности сельскохозяйственных культур (Н.Г. Ковалёв, И.Н. Барановский, И.А. Трешкин, 2006).

Почвенная структура является важнейшим агрофизическим показателем, от которого в значительной степени зависит основное качество почвы - её плодородие.

Агрономическое значение структуры заключается в том, что она оказывает положительное влияние на следующие свойства и режимы почв: физические свойства - пористость, плотность сложения, водный, воздушный, тепловой; окислительно-восстановительный, микробиологический и питательный режимы; физико-механические свойства почвы - связность, удельное сопротивление при обработке, коркообразование; противоэрозионную устойчивость почв (В.А. Заленский, Я.У. Яроцкий, 2004).

Благоприятными свойствами для растений обладает почва с мелкокомковатым строением. Причём размер преобладающих почвенных агрегатов должен приблизительно соответствовать размеру семени (H.A. Ка-чинский, 1947; В.В. Медведев, 1988).

Э. Вольни (1896) во второй половине XIX века установил, что агрономически ценными являются агрегаты диаметром от 0,25 до 10 мм. Почва, состоящая из агрегатов меньше 0,25 мм, обнаруживает свойства бесструктурной.

Создание благоприятной структуры почвы, по мнению немецких ученых Э. Рюбензам и К. Рауэ (1969), является важным мероприятием по защите от сорняков на биологической основе как фактор интенсивной жизнедеятельности микроорганизмов, благодаря которому происходит биологическое уничтожение семян сорняков в почве (в том числе семян с твердой оболочкой).

По мнению же некоторых ученых наиболее ценными с агрономической точки зрения следует считать агрегаты размером 0,25 до 5 мм (А.Д. Воронин, 1986). Пахотный горизонт, состоящий из таких агрегатов, обладает наиболее оптимальной структурой порового пространства, сочетающей сравнительно крупные межагрегатные поры, по которым происходит фильтрация воды в

почве и совершается газообмен, со значительным объёмом средних по размерам пор, в основном удерживающих и проводящих почвенную влагу.

Регулирование структурного состояния почвы, поддержание его на уровне, необходимом для получения высоких и стабильных урожаев сельскохозяйственных культур, является одной из главных задач, поставленных перед обработкой почвы.

В настоящее время нет единого мнения и согласованной концепции относительно влияния различных по интенсивности систем обработки почвы на её структурное состояние. Вопрос о том какая из систем обработки (отвальная, безотвальная, поверхностная, нулевая, комбинированная) является предпочтительней до сих пор во многом остается дискуссионным. В числе причин такого расхождения мнений можно назвать не столько малое количество опубликованного экспериментального материала, сколько различия в свойствах изучаемых почв и сопутствующих им метеорологических условий (C.B. Щукин, М.Ю. Кочевых, Е.В. Чебыкина, 2004).

Ещё до недавнего времени земледелие в нашей стране основывалось на ежегодном обязательном применении отвальной обработки. В начале ХХ-го века широкое распространение получило учение академика В. Р. Вильямса (1939) о культурной вспашке. Оно включало в себя обязательное лущение жнивья дисковыми лущильниками и зяблевую вспашку под все сельскохозяйственные культуры плугом с предплужниками на глубину не менее 20-22 см. По мнению В.Р. Вильямса, верхний слой почвы в течение весенне-летнего периода утрачивает агрономически ценную структуру, из-за чего плодородие данного слоя резко снижается. Чтобы восстановить плодородие почвы, рекомендовалось поменять местами верхний и нижний горизонты путём культурной вспашки.

Хотя еще в 1899 году И.Е. Овсинский отмечая недостатки вспашки, писал, что данная обработка нарушает капиллярность почвы и способствует ее чрезмерному крошению.

Новое осмысление роли обработки было заложено в работах Т.С. Мальцева (