Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья

Зеленин, Игорь Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья
ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья"

На правах рукописи

005049702

ЗЕЛЕНИН ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ УДОБРЕНИЯ

В СЕВООБОРОТЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

1 4 ФЕВ 7013

Пенза - 2013

005049702

Диссертационная работа выполнена в Государственном научном учреждении Пензенский научно-исследовательский инсппут сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук

Официальные оппоненты: Кузин Евгений Николаевич,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», профессор кафедры . «Почвоведения и агрохимии»

Бряшев Александр Павлович,

•доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Аграрный институт Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарёва, зав. кафедрой . «Технология производства и переработки растениеводческой продукции»

Федорищев Виктор Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ОАО « Русское молоко», главный агроном

Ведущее предприятие - Государственное научное учреждение

«Мордовский НИИСХ» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 28 февраля 2013 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.01 при ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан 2$ЯНйАМ 2013

года

Учёный секретарь ^ '

диссертационного совета Лк. Гущина Вера Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Реформирование агропромышленного комплекса страны и переход на рыночные отношения привели к экстенси-фикацин земледелия. Научно-обоснованные системы земледелия часто не применяют. Структура посевных площадей нарушается, не соблюдаются севообороты, не используются резервы пополнения почвы органическим веществом и элементами питания (Сычов В.Г., 2008).

При существующей структуре посевных площадей, системе севооборотов, применяемых агротехнических мероприятиях и уровнях урожайности сельскохозяйственных культур поступление органического вещества с корневыми и пожнивными остатками, а также вносимое количество органических удобрений не восполняют потерь гумуса при его минерализации (Воробьев С.А., Лошаков В.Г., 1996; Еськов А.И., 2008).

В результате за последние десятилетня содержание гумуса в почвах значительно снизилось. Особенно интенсивно этот процесс происходит в высокогумусированных черноземных почвах лесостепи Среднего Поволжья, на долю которых в Пензенской и Ульяновской областях приходится 78 и 65% сельхозугодий, в лесостепной зоне Самарской и Саратовской областей соответственно 71 и 47%.

Нехватка навоза, большие затраты на его внесение обусловили поиск путей обогащения почвы органическим веществом за счет использования нетрадиционных удобрений, в т. ч. осадков сточных вод (ОСВ).

Широкое применение биологических факторов повышения плодородия почвы в современных условиях также является зыходом из сложившейся ситуации.

Биологическое земледелие предполагает решение проблемы воспроизводства агроэкологических ресурсов на основе активизации почвенных биологических процессов и исключением сильных антропогенных воздействий на почву и компоненты агробиоценозов. Причем биологические факторы не должны полностью подменять антропогенное воздействие, а лишь снижать его негативное действие и предотвращать дальнейшую деградацию почвы.

Одной из основных проблем биологического земледелия является воспроизводство органического вещества почвы за счет вовлечения в биологический круговорот наибольшего количества фитомассы, сформированной сельскохозяйственными культурами. Это позволит замкнуть круговорот веществ и энергии в агробиоценозах и сохранить экологическое равновесие (Кружков Н.К., 2007).

В связи с этим, в современном земледелии актуальны работы по научному обоснованию применения элементов биологизации на основе поступления необходимого количества органической массы для воспроизводства плодородия почвы, повышения протекающих в ней биологических процессов, уменьшения степени её деградации и сохранения агрономических свойств.

Цель 11 задачи исследований. Цель исследований заключалась в научно-теоретическом обосновании приемов сохранения плодородия выщелоченных черноземов при получении высоких урожаев за счет оптимизации систем удобрения в севооборотах, а также использования в качестве удобрения ОСВ г. Пензы, подборе сидеральных культур, их смесей и способов их использования в полевых севооборотах, разработке и совершенствовании технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общей продуктивности севооборотов.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:

• изучить влияние различных систем удобрения на агрофизические и водно-физические свойства почвы, биологическую активность почвы и обеспеченность посевов элементами питания в специализированных конопляных севооборотах;

• оценить действие различных систем удобрений на урожайность и качество продукции в специализированных конопляных севооборотах;

• определить продуктивность севооборотов с разной степенью насыщения коноплей при различных системах удобрений (уровнях биологизации), дать энергетическую оценку при использовании средств биологизации;

• выявить возможности применения ОСВ г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепной зоны Среднего Поволжья в качестве удобрений;

• изучить влияние удобрительных доз ОСВ (10-50 т/га) на агрофизические свойства черноземов выщелоченных;

• установить эффективность действия и последействия ОСВ на рост растений, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;

• определить набор сидеральных культур, наиболее продуктивных и адаптированных к условиям региона при возделывании в сидеральных парах на черноземах выщелоченных;

• установить влияние сидеральных культур на агрофизические, агрохимические показатели и биологическую активность почвы;

• подобрать наиболее эффективные сидеральные смеси и нормы высева их компонентов, обеспечивающие повышение плодородия почвы, определить количество и удобрительную ценность поступающей в почву сиде-ральной органической массы;

• оценить влияние зеленого удобрения на урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;

• определить баланс гумуса за ротацию зернопарового севооборота;

• изучить влияние различных видов сидерации на общую продуктивность и энергетическую эффективность севооборотов;

• разработать и предложить производству комплекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранение плодородия почв в севооборотах с сидеральными парами.

Научная новизна. Приведены результаты многолетних комплексных исследований по совершенствованию систем земледелия в целях воспроизводства плодородия почвы путем активизации биологических факторов.

Впервые в специализированных конопляных севооборотах установлено влияние различных систем удобрения на особенности роста и развития культур, их продуктивность и почвенное плодородие. Предложены элементы биологизации, позволяющие повысить продуктивность севооборота на 3040% при сохранении плодородия.

Доказана возможность применения осадков сточных вод г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья в качестве удобрений. Исследовано влияние ОСВ на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства, а также на урожайность сельскохозяйственных культур. Подобраны экологически безвредные нормы внесения ОСВ. Определены культуры, дающие экологически безопасную продукцию при возделывании с использованием ОСВ.

В результате многолетних исследований установлен набор сидеральных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия почвы, улучшение её фитосанитарного состояния и качества продукции последующих культур.

Дана сравнительная оценка чистых и сидеральных паров в севооборотах при различных системах удобрения.

Установлены агроэкологическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации.

Изучена удобрительная ценность сидеральной массы различных сельскохозяйственных культур и смесей, способы заделки в почву, влияние на свойства почвы, рост и развитие растений, продуктивность севооборотов и качество продукции.

Разработаны приемы совершенствования технологий выращивания, обеспечивающие повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общую продуктивность севооборота.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании многолетних исследований производству рекомендованы системы удобрения, снижающие вредные антропогенные воздействия на почву и культурные растения.

Обоснованы экологически безопасные и энергетически целесообразные удобрительные дозы осадков сточных вод для черноземов лесостепной зоны Среднего Поволжья.

На основании скрининга предложены сельскохозяйственные культуры, положительно реагирующие на внесение ОСВ в качестве удобрений и обеспечивающие получение экологически безопасной продукции.

Рекомендован набор сидеральных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия черноземов выщелоченных и улучшающий их фитоса-нитарное состояние в зернопаровых севооборотах.

Выявлено положительное влияние различных видов и способов использования сидерации на рост, развитие, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур.

Определена агротехническая, экономическая, энергетическая и экологическая эффективность сидерации в севооборотах на черноземах выщелоченных.

Разработаны и предложены приемы активизации почвенных биологических процессов в севооборотах с разными уровнями биологизации. Обоснована роль сидеральных паров, применение на удобрение побочной продукции.

Использование факторов биологизации позволит улучшить агрофизические, агрохимические и биологические показатели плодородия почвы, повысить урожайность культур севооборота при общем улучшении экономических показателей.

Разработанные ресурсосберегающие приемы технологии возделывания сидеральных культур обеспечивают биологизацию и экологизацию растениеводства, воспроизводство плодородия почвы, экономию материально-технических средств и получение в достаточных объёмах высококачественной продукции растениеводства.

Основные положения, выносимые на защиту:

• биологизированная система удобрений в специализированных конопляных севооборотах в лесостепи Среднего Поволжья, способствующая повышению их продуктивности при сохранении плодородия пахотных почв;

• дозы применения осадков сточных вод г. Пензы в качестве удобрений на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья;

• влияние осадков сточных вод на плодородие чернозема выщелоченого, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства, а также на урожайность сельскохозяйственных культур;

• обоснование применения наиболее продуктивных и экономически выгодных сидеральных культур и их смесей для возделывания в парах и в промежуточных посевах на черноземах выщелоченных;

• особенности формирования смешанных агрофитоценозов бобово-капустных сидеральных культур;

• технологические приемы повышения эффективности короткоротацион-ного зернопарового севооборота, включающие применение органических (сидеральные культуры) и минеральных удобрений, способы заделки сидера-тов, обеспечивающие сохранение и повышение плодородия почв, повышение урожайности полевых культур;

• агроэкологическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации в изучаемых севооборотах.

ного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия» (Ставрополь,

2001), IV Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск,

2002), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы плодородия почв на современном этапе развития» (Пенза, 2002), международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию Самарского НИИСХ имени Н.М. Тулайкова и 70-летию Поволжского НИИСХ им. П.Н. Константинова (Самара, 2003), международной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза-Нейбранденбург, 2003), IX Всероссийской научно-практической конференции «Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур» (Пенза, 2005), Всероссийском совещании Географической сети опытов с удобрениями (Москва, 2008), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности и агропромышленном комплексе» (Пенза, 2011) и др.

Разработки апробированы в производственных условиях в хозяйствах Пензенской области. Результаты исследований автора вошли в региональные рекомендации производству: «Концепция развития биологического земледелия в Пензенской области. Применение удобрений в биологическом земледелии» (1994), «Практическое руководство по применению сидерации в Пензенской области» (2005), «Возделывание среднерусской однодомной конопли в лесостепи Среднего Поволжья: Практические рекомендации» (2011).

Под руководством автора защищена одна кандидатская работа.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации автором опубликовано 43 печатные работы, в том числе 15 в изданиях, по перечню, рекомендованному ВАК РФ.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций производству, списка цитируемой литературы, включающего 622 источника, в том числе 72 иностранных. Работа изложена на 389 страницах компьютерного текста и содержит 102 таблицы, 18 рисунков и 55 приложений.

Диссертационная работа является частью исследований плана научно-исследовательских работ ГНУ Пензенский НИИСХ Россельхозакадемии: (№ государственной регистрации 01.9.80005686) «Изучить эффективность применения минеральных, бактериальных удобрений, соломы, сидератов и их сочетаний на плодородие почвы и урожай культур в специализированных севооборотах»; (№ государственной регистрации 01.200.115296) «Изучить последействие различных сидератов в зависимости от способов их заделки на плодородие почвы, продуктивность и качество продукции последующих зерновых культур»; (№ государственной регистрации 01.200.115296) «Провести сравнительную оценку сидеральных культур в системе зернотравяного севооборота на выщелоченных черноземах»; за 2006-2010 гг. по заданию 04.06.01.01 «Разработать ресурсосберегающую технологию применения сидератов в звене севооборота, обеспечивающую бездефицитный баланс

гумуса, высокую урожайность и качество продукции зерновых культур».

Все экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно и в совместных опытах с сотрудниками ГНУ Пензенский НИИСХ. Всем выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе.

Выражаю благодарность и признательность члену-корреспонденту РАСХН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.Б. Беляку, доктору сельскохозяйственных наук, профессору A.A. Смирнову, доктору географических наук С.П. Ломову, кандидату с.-х. наук З.А. Кирасирову за неоценимую помощь в процессе выполнения исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Во введении рассматриваются актуальность, научная новизна, практическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

В главе проанализированы основные направления биологизации земледелия в России и за рубежом. Рассмотрено значение плодосменного севооборота в условиях биологизации земледелия. Показано положительное влияние сидерации на плодородие почвы, ее водно-физические свойства, биологическую активность, урожай сельскохозяйственных культур и качество продукции. Отражена роль сидерации в биологическом земледелии. Обоснована возможность использования ОСВ в качестве удобрения, описано их влияние на плодородие почвы, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства, а также на урожайность сельскохозяйственных культур.

УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная работа выполнялась на опытных полях Пензенского научно-исследовательского института сельского хозяйства в 1994-2009 гг. производственная проверка проводилась в хозяйствах Пензенской области.

Лесостепная зона Среднего Поволжья располагает значительными радиационными (3,0-3,5 млрд. к кал ./га ФАР) и тепловыми ресурсами (сумма температур свыше 10°С - 2200-2400°С). Осадков за год выпадает 450-500 мм, из них за период вегетации - 250-280 мм. Безморозный период - 125-142 дня.

Территория опытного поля и ОПХ "Центральное" Лунинского района, где проводились исследования, находится в первом агроклиматическом районе Пензенской области. За годы проведения исследований (1994 - 2009 годы) здесь наблюдались значительные колебания условий увлажнения и температурного режима. Средняя продолжительность активной вегетации культур (период со среднесуточной температурой больше 10°С) находилась в пределах 133-158 дней. Среднемесячная температура летних месяцев - 14,222,0°С. Сумма активных температур за период май - август колебалась в пределах от 1321°С (1994 год) до 1687 °С (2005 год).

Количество осадков за вегетационный период варьировало от 121 мм в 1996 году до 347 мм в 2004 году.

ГТК изменялся в пределах от 0,6 (в 1996 году) до 1,9 (в 2003 году). Засушливыми (ГТК 0,7-1,0) были 1996, 1997, 1998, 2002, 2006 и 2007 годы. Слабо засушливыми (ГТК 1,1-1,3) были 1995, 1999, 2001 и 2005 годы. Влажными (ГТК 1,3-1,6) были вегетационные периоды 1994, 2000,2004, 2008 и 2009 годов. Избыточно влажным был 2003 год (ГТК 1,9).

Амплитуда колебаний климатических показателей характеризует неустойчивость погодных условий региона, как по сезонам, так и по годам.

Решение поставленных задач осуществлялось постановкой и проведением полевых опьггов, сопровождавшихся сопутствующими наблюдениями, учетами и анализами.

За годы исследований выполнены следующие опыты:

Опыт 1 Оптимизация систем удобрений в специализированных конопляных севооборотах (1994-1998 гг.).

Исследования проводили в двух специализированных севооборотах:

• первый севооборот: гречиха - горох — озимая рожь — конопля;

• второй севооборот: ячмень + клевер — клевер — конопля — конопля.

Почва опытного поля - чернозём выщелоченный, тяжелосуглинистый.

Содержание гумуса - 6,4%, pHKci - 5,7. Сумма обменных оснований - 416,5 мг -экв/кг почвы. Степень насыщенности основаниями в пахотном слое -95%, содержание подвижного фосфора и обменного калия — 185,5 и 171,6 мг/кг почвы, соответственно.

На фоне принятой в области агротехники возделывания культур, выращиваемых в севооборотах, изучалась эффективность следующих систем удобрений: 1 - без удобрений (контроль); 2 - минеральная; 3 - бактериальная; 4 - органическая; 5 - бактериально-минеральная; 6 - бактериально-органическая; 7 - органо-минеральная и 8 - бактериально-органо-минеральная.

В минеральной системе вносили полное минеральное удобрение (табл. 1).

Таблица 1- Средние дозы №К, вносимые под культуры специализированных конопляных севооборотов

25 % конопли 50 % конопли

Культура севооборота Доза, кг д.в./га Культура севооборота Доза, кг д.в./га

N Р К N Р К

Гречиха 45 60 40 Ячмень+ клевер 40 60 40

Горох 20 60 40 Клевер - 30 40

Озимая рожь 30 60 40 Конопля 120 90 90

Конопля 120 90 90 Конопля 120 90 90

В первом севообороте в качестве органического удобрения запахивали измельченную солому зерновых культур, во втором — сидеральную массу клевера.

Повторность опыта трёхкратная. Площадь опытной делянки 280 м , учетной-200 м2.

В опыте применяли бактериальные удобрения производства Кузнецкой биофабрики, специфичные для каждой культуры. Семена инокулировали препаратами непосредственно перед посевом (ризоторфин и ризоагрин по 400 г, а мизорин - 600 г на гектарную норму семян).

Опыт 2 Применение осадков сточных вод города Пензы в качестве органических удобрений на выщелоченных черноземах (1995-1997гг.).

Полевые опыты проведены на опытном поле Пензенского НИИСХ. Почвенный покров представлен чернозёмом выщелоченным, среднегумус-ным, среднемощным, тяжелосуглинистым. Содержание гумуса в пахотном слое 6,5-6,6%, подвижного фосфора -103,0-105,0 мг/ кг почвы, обменного калия 170,1-200,2 мг/кг почвы, pHKci- 5,5.

ОСВ г. Пензы брали с иловых площадок после подсушивания. Влажность осадка составляла 80%.

Схема опыта предусматривала вариант без внесения ОСВ (контроль) и внесение ОСВ в дозах 10; 20; 30; 40 и 50 т/га в звене зернового севооборота под следующие культуры: пшеницу, горох, ячмень, гречиху. Повторность опыта четырёхкратная. Площадь опытной делянки - 240 м2, учетной делянки -200 м2.

Агрегатный состав почвы изучали в пахотном слое на контрольных делянках и при внесении ОСВ в дозе 30 и 50 т/га.

Содержание тяжёлых металлов в ОСВ г. Пензы, почве опытного участка и полученной продукции (зерно) определяли в лаборатории Государственного центра агрохимической службы «Пензенский» методом атомно -адсорбционной спектроскопии с предварительным мокрым озолением смесью концентрированных кислот.

Опыт 3 Подбор сидеральных культур для черноземов выщелоченных в условиях лесостепи Среднего Поволжья (1999-2005 гг.).

Основные исследования по подбору и изучению эффективности сидеральных культур в парах проводились в стационарных полевых опытах в четырехпольном севообороте с чередованием культур: пары (чистый или сидеральные) - озимая пшеница - просо - ячмень (три закладки в пространстве и во времени).

Повторность опыта четырёхкратная. Размещение делянок - систематическое. Площадь опытной делянки - 240 м2, учетной делянки - 150 м .

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднемощный, тяжелосуглинистый, рНКс1 -5,8, содержание 1умуса - 6,5%, подвижного фосфора и обменного калия - 188 и 105 мг/кг почвы соответственно.

В опыте изучались сидеральные культуры: вика яровая (сорт Орловская), редька масличная (Тамбовчанка), горчица белая (Радуга), клевер

(Пензенский 1), эспарцет песчаный (Петушок), донник желтый (Янтарный), вика мохнатая (Глинковская), рыжик озимый (Пензяк), сурепица озимая (Горлинка), вайда красильная и гулявник Лёзеля (местная популяция). Зерновые культуры - озимая пшеница сорта Безенчукская 380, ячмень сорта Лунь, просо сорта Благодатное.

Опыт 4 Подбор компонентов сидеральных смесей для черноземов выщелоченных в условиях лесостепи Поволжья (2001-2006 гг.).

Исследования проводились в короткоротационом зернопаровом севообороте: сидеральный пар - озимая пшеница-просо-ячмень (три закладки в пространстве и во времени).

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднемощный, тяжелосуглинистый. В пахотном слое содержание гумуса — 6,5%; рНКо — 5,8; N - 85 мг/кг; Р205 - 188 мг/кг и К20 - 105 мг/кг почвы; степень насыщенности основаниями - 85,5 %, содержание углерода - 3,75 %.

Повторность опыта трёхкратная. Размещение делянок — систематическое. Площадь учетной делянки - 75 м2. Схема опыта приведена в таблице 2.

Таблица 2- Схема опыта 4

Вариант, норма высева, млн. шт. /га Срок

Посев Заделка

Чистый пар (контроль) - -

Вика яровая + редька масличная Одновременно с ранними яровыми культурами Не позже первой декады июля

0,5 0,3

1,0 0,5

1,5 0,8

2,0 1,0

Вика яровая + горчица белая Одновременно с ранними яровыми культурами Не позже первой декады июля

0,5 0,5

1,0 1,0

1,5 1,5

2,0 2,0

Чистый пар (контроль) - -

Вика озимая + сурепица озимая В конце августа Не позже первой декады июня следующего года

0,5 2,1

1,0 2,5

1,5 2,9

2,0 3,3

Вика озимая + рыжик озимый В конце августа Не позже первой декады июня следующего года

0,5 3,0

1,0 4,0

1,5 5,0

2,0 6,0

Вика мохнатая + гулявник Лёзеля В конце августа Также

2,0 0,5

Вика мохнатая + вайда красильная В конце августа Также

2,0 1,0

В качестве сидеральных культур изучались: вика яровая сорта Орловская, редька масличная - Тамбовчанка, горчица белая - Радуга, вика мохнатая - Глинковская, рыжик озимый - Пензяк. Для этих культур подбирались оптимальные нормы высева.

Для подбора зимостойкого капустного компонента интродуцированы вайда красильная и гулявник Лёзеля, которые испытывали в смеси с викой мохнатой при одной норме высева семян.

Зерновые культуры - озимая пшеница сорта Безенчукская 380, ячмень сорта Лунь, просо сорта Саратовское-6.

В период исследований оптимальные сроки сева яровых сидератов приходились на вторую половину третьей декады апреля и на первые числа мая; озимых - на 3 декаду августа.

В опытах 3 и 4 система основной обработки почвы предусматривала максимальное выравнивание поверхности поля и очищение от сорняков. После уборки предшественника обработка почвы на опытном участке под яровые сидеральные смеси состояла из лущения на глубину 8-10 см и вспашки на глубину 20-22 см через 10-14 дней. Предпосевная обработка почвы включала ранневесеннее боронование и предпосевную культивацию на 7-8 см. Перекрестную обработку почвы под посев озимых сидеральных смесей проводили после уборки предшественника тяжёлой дисковой бороной (БДТ - 3), а затем - предпосевную культивацию. Минеральные удобрения в опыте не применялись.

Сидеральные культуры сеяли рядовым способом сеялкой СН-11-16, яровые - в конце третьей декады апреля, озимые - в конце третьей декады августа.

Надземную фитомассу скашивали в фазе полного цветения бобового и в начале образования стручков капустного компонентов (для яровых - не позже первой декады июля, для озимых - первой декады июня) измельчали и разбрасывали КИР - 1,5. Заделку сидеральной массы проводили тяжёлой дисковой бороной (БДТ—3) за 1-2 прохода, в зависимости от урожая.

Опыт 5 Влияние сидерации на плодородие почвы и продуктивность короткоротационного зернопарового севооборота в зависимости от способа заделки и норм минеральных удобрений (2004-2009 гг.).

Исследования по оценке влияния основных элементов агротехники на продуктивность зерновых культур и сохранение почвенного плодородия проводили в короткоротационном зернопаровом севообороте: сидеральный пар - озимая пшеница - ячмень - просо (три закладки в пространстве и во времени).

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный. Содержание гумуса в пахотном слое составляло 6,0 %, рНКС1 - 6,4; степень насыщенности поглощающего комплекса основаниями - 83-89 %. Содержание подвижного фосфора- 190 мг/ кг почвы и обменного калия - 125 мг/кг почвы.

Исследования проведены в трехфакторном полевом опыте по схеме (ЗхЗхЗ)хЗ, приведенной в таблице 3.

Повторность опытов трехкратная. Расположение делянок систематическое. Площадь делянки первого порядка - 3360, второго — 1120, третьего -120 м2.

Нормы минеральных удобрений рассчитывали на запланированный урожай зерновых культур (пшеница - 3,5; ячмень - 2,5; просо - 2,0 т/га), с учетом поступления питательных веществ при заделке сидератов и исходного содержания в почве. В сумме за ротацию севооборота они составили ЫдоРбоКбО-

Таблица 3 - Схема опыта 5

Фактор А Вид сидерата Клевер Вика озимая + сурепица озимая Вика яровая + редька масличная

Фактор В Способы заделки сидерата Запашка(24-26 см) Дискование в два следа (10-12 см) Лущение (10-15 см)

Фактор С Нормы минеральных удобрений МоРоКо 1/2ЫРК КРК

В опытах 3-5 первую зерновую культуру севооборота (озимую пшеницу) высевали через 58-62 дня после заделки яровых сидератов и через 91-92 дня после заделки озимых сидеральных культур из расчета 5,5 млн. всхожих зерен на 1 га. Ячмень сеяли в первой декаде мая сразу после созревания почвы из расчета 5,5 млн. всхожих зерен на 1 га; просо — в третьей декаде мая из расчета 5,5 млн. всхожих зерен на 1 га.

Исследования осуществлялись в полевых и производственных опытах в соответствии с основными требованиями к их проведению (Доспехов Б.А., 1985) и «Методическими указаниями по проведению полевых и вегетационных опытов с коноплёй» (ВНИИЛК, 1980).

На опьггах проведены следующие наблюдения, учёты и анализы.

Определена агрохимическая характеристика почвы полевых участков перед закладкой опытов и после их окончания, для чего на всех повторностях в слоях 0-30 см и 30-50 см отбирались почвенные образцы и проведен их полный агрохимический анализ (подвижные формы ЫРК, валовой азот, гумус, рН солевая и гидролитическая, сумма поглощенных оснований).

Фенологические наблюдения за фазами роста и развития растений, изучение динамики роста растений, накопления биомассы, ботанического состава, структуры урожая и другие соответствующие исследования проведены в соответствии с методикой Госсортсети (1971).

Густота стояния растений определялась в 5-кратном повторении на площадках по 0,25 м2 в фазе всходов и перед уборкой. На основании подсчета определяли полноту всходов, сохранность к уборке, соотношение компонентов смесей.

Учет засоренности посевов проводили количественно-весовым методом с учетной площади 1 м2 в 5-кратной повторности.

Прирост биомассы определяли в основные фазы развития путем взвешивания надземной массы растений с учетных площадок 1 м . Соотношение компонентов устанавливали перед заделкой смесей.

Учет органической массы сидератов проводили на учетных площадках размером 1м2 в десятикратной повторности.

Массу пожнивно-корневых остатков определяли методом монолита по Н.З. Станкову (1964) в слое 0-30 см.

Содержание сухого вещества в органической массе сидератов анализировали весовым методом, путём высушивания образцов до постоянного веса при температуре 105 °С.

Скорость разложения биомассы сидеральных смесей определяли в полевом опыте. Измельчённая до 1 - 2 см биомасса сидеральных смесей смешивалась с почвой в соотношении 1:10, помещалась в капроновые мешочки и закапывалась на глубину 20 см. Учёт убыли сидеральной массы проводили на 30, 60, 90,120 и 360 сутки после заделки в почву.

Растительные и почвенные образцы анализировали в лаборатории массовых анализов Пензенского НИИСХ по общепринятым методикам.

Содержание тяжелых металлов определяли в ФГУ Государственный центр агрохимической службы «Пензенский» на атомно-адсорбционном спектрометре, ионометрах и пламенных фотометрах по соответствующим методикам.

Аминокислотный состав белков зерна устанавливали на автоматическом анализаторе аминокислот LKB-4101.

Агрегатный состав почвы анализировали по методу Н.И. Саввинова (1977).

Плотность почвы определяли методом режущего кольца буром H.A. Качинского.

Влажность почвы и содержание продуктивной влаги анализировали в метровом слое термостатно-весовым методом по слоям через каждые 10 см (Роде A.A., 1966).

Биологическую активность почвы определяли методом разложения льняного полотна.

Оценку качества зерна проводили по количеству и качеству клейковины, массе 1000 зёрен, натуре зерна и стекловидности (согласно ГОСТ 10987-76), содержанию сырого протеина (по ГОСТ Р 52466-2005).

Структуру урожая стеблей и волокна конопли анализировали в лабораторных условиях по методике ВНИИЛК (1980);

Уборку зерновых проводили прямым комбайнированием САМПО-500.

Учет урожая конопли на зеленец вели методом пробного снопа с учётных площадок в фазу отцветания поскони.

Математическую обработку экспериментальных данных проводили методами корреляционного, дисперсионного анализов (Б.А. Доспехов, 1985) на ПЭВМ с использованием Excel 2010.

Баланс гумуса рассчитывали по методике А.Г. Марковского (1994).

Биоэнергетическую эффективность вариантов опыта оценивали по методике Г.С. Посыпанова, В.Е. Долгодворова (1995). Эколого-экономическую эффективность - согласно методическим указаниям «Методические указания к определению эколого-экономической эффективности и энергетической оценки агрономических мероприятий (Рабочее Г. И. и др., 1998).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ КОНОПЛЯНЫХ СЕВООБОРОТАХ

По производству органического вещества на единицу посевной площади конопля занимает одно из ведущих мест. Культура характеризуется большим выносом питательных элементов. Дозы минеральных удобрений определяют в зависимости от обеспеченности почвы элементами питания и потребности растений в них для достижения планируемой урожайности. Большие дозы минеральных удобрений N^0 Рш К135 позволяют получать высокие урожаи тресты, но снижают качество волокна (Сенченко Г.И., Тимонин М.А., 1978).

В связи с этим актуальным являлось изучение эффективности различных систем удобрений: бактериальных, органических (сидерат, солома), минеральных, а также комбинированных для получения качественного волокна, минимизации внесения №К, повышения продуктивности севооборота без снижения плодородия почвы.

Всхожесть и продолжительность начальных фаз развития культур существенно не различались на вариантах опыта. Однако фазы цветения и спелости на вариантах с минеральными удобрениями наступали на 2-5 дней позже. Самые низкие показатели урожайности культур в среднем за ротацию отмечены на контрольных вариантах. В первом севообороте: гречиха - 0,93; горох -1,34; рожь - 2,41; конопля (соломка) - 6,16 т/га. Во втором севообороте: ячмень - 1,99; клевер (сухая масса) - 3,56; конопля (соломка) - 7,94 и 5,32 т/га (табл. 4).

Бактериальная система удобрения в среднем за годы исследований повысила урожайность зерновых культур на 0,2-0,31 т/га, а клевера на 0,37 т/га.

Органическая система в севообороте с 25 % конопли не дала достоверного увеличения урожайности зерновых культур, но повысила урожайность конопли на 0,81 т/га, а в севообороте с 50 % конопли повысила ее урожайность в первом поле на 0,78 т/га.

Наибольшие прибавки урожайности всех культур севооборотов получены при бактериально-органо-минеральной системе удобрения. Причем, в первом севообороте они в 1,3-1,8 раза выше, чем при минеральной системе, а во втором - выше только в 1,1-1,4 раза.

В севообороте с 25 % конопли в зависимости от систем удобрения накоплено 19,0-26,5 т/га соломы и пожнивно-корневых остатков, при 16,8-20,2 т/га в севообороте с 50 % конопли.

Таблица 4 — Влияние систем удобрений на урожайность культур в специализированном конопляном севообороте (1994-1997 гг.)

Системы удобрений Урожайность культур, т/га "Продуктивное ть севооборота, зерн. ед.т/га

25% конопли

Гречиха Горох оз.Рожь Конопля

Без удобрений (контроль) 0,93 1,34 2,41 6,16 7,8

Минеральная 1,34 1,76 3,06 8,73 10,6

Бактериальная 1,14 1,54 2,66 6,22 8,6

Органическая 0,98 1,43 2,63 6,97 8,6

Бактериально-минеральная 1,53 2,07 3,22 8,89 11,5

Бактериально-органическая 1,14 1,59 2,88 7,05 9,2

Органо-минеральная 1,45 1,88 3,20 9,36 п,з

Бактериально-органо-минеральная 1,67 2,21 3,49 9,52 12,3

НСР05 0,11 0,15 0,16 0,28

50% конопли

Ячмень Клевер Конопля Конопля

Без удобрений (контроль) 1,99 3,56 7,94 5,32 9,1

Минеральная 2,63 4,26 9,84 8,23 12,0

Бактериальная 2,30 3,93 8,03 5,25 9,6

Органическая 1,82 3,79 8,72 5,32 9,3

Бактериально-минеральная 2,96 4,41 10,12 8,36 12,6

Бактериально-органическая 2,03 3,75 8,74 5,27 9,5

Органо-минеральная 2,46 3,95 10,54 8,30 12,0

Бактериально-органо-минеральная 2,87 4,42 10,54 8,50 12,7

НСР05 0,18 0,35 0,25 0,23

* По основной продукции

В севообороте с двумя полями конопли самое низкое количество соломы и пожнивно-корневых остатков отмечено на контрольном варианте-18,99 т/га, далее следуют органическая (20,67 т/га), бактериальная (21,28 т/га), минеральная (23,62 т/га) и бактериально-органо-минеральная (26,52 т/га) системы.

В севообороте с 25 % конопли за ротацию в зависимости от систем удобрения синтезировано от 29,83 до 43,41 т/га (в том числе соломки конопли 6,16-9,52 т/га) общей продукции, из которой основная составляет от 36,3 до 39,2 %. Введение второго поля конопли (севооборот с 50 %) позволило увеличить долю основной продукции до 52,8-57,0 % и получать от 13,26 до 19,04 т/га соломки конопли. При этом возрастает и общая продуктивность севооборота.

Для правильного размещения культур в севооборотах, разработки систем удобрения, обеспечивающих получение запланированных высоких урожаев, большое значение имеет изучение баланса питательных веществ в почве (Шатилов И. С. и др., 2004, 2005; Лыков А. М., 2004 и др.).

Поступление питательных элементов в почву с соломой и пожнивно -корневыми остатками за ротацию (1994-1997 годы) в зависимости от систем удобрения и степени насыщения коноплей показано в табл. 5.

Таблица 5- Поступление питательных элементов в почву с соломой и пож-нивно-корневыми остатками за ротацию в специализированных конопляных _севооборотах (1994-1997 гг.)_

Севооборот Система удобрения Поступление питательных элементов, кг/га

N Р205 К20

Без удобрений (контроль) 137,8 67,6 218,6

в Минеральная 170,4 84,6 275,7

с Бактериальная 154,3 76,2 248,4

Органическая 140,7 72,5 235,6

X Бактериально - минеральная 185,6 91,3 296,1

Бактериально - органическая 158,0 77,9 253,8

<ч Органо - минеральная 178,1 88,5 288,2

Бактериально - органо -минеральная 195,5 96,5 313,2

Без удобрений (контроль) 167,6 57,2 179,0

я Минеральная 182,3 63,4 198,0

С Бактериальная 177,3 60,2 188,6

Органическая 171,4 58,4 180,6

к Бактериально - минеральная 195,3 67,4 211,9

«S Бактериально - органическая 172,0 58,7 182,8

VI Органо - минеральная 189,7 65,4 204,5

Бактериально - органо -минеральная 195,3 67,5 211,6

Наименьшее количество питательных элементов (137,8 и 167,6 кг/га валового азота, 67,6 и 57,2 кг/га фосфора, 218,6 и 179,0 кг/га калия соответственно) поступило в почву на контрольном варианте, более высокое - при органической и бактериальных системах удобрения.

Включение минеральных удобрений значительно повысило поступление питательных элементов с соломой и пожнивно - корневыми остатками как в минеральной, так и в комбинированных системах удобрения.

Наибольшее количество питательных элементов за ротацию севооборотов поступало при бактериально-органо-минеральной системе удобре-ния:195,5 кг/га валового азота, 77,9 и 96,5 кг/га фосфора и 253,8 и 313,2кг/га калия соответственно.

Самые низкие показатели биологической активности почвы отмечены на вариантах без удобрений.

Бактериальные удобрения, которые вносили под все три зерновые культуры севооборота с 25% конопли, увеличили активность почвенной микрофлоры на 1,3%, минеральные - на 7,5 %. Наибольшая биологическая ак-

тивность (45,7 %) отмечена при сочетании бактериальных, минеральных и органических удобрений.

В специализированном конопляном севообороте с 50 % конопли, где бактериальные удобрения использовали только при посеве клевера под покров ячменя, различие между контролем и бактериальной системой удобрения было минимальным (рис. 1).

Биологическая активность почвы, %

Рисунок 1 - Биологическая активность почвы в зависимости от систем удобрений в специализированных конопляных севооборотах (1994-1997 гг.)

На вариантах, где применялось сочетание бактериальной системы с органической, биологическая активность почвы была несколько выше, чем на вариантах с органической системой удобрения. Наибольшая биологическая активность почвы (45,1 %) зафиксирована на вариантах при совместном использовании бактериальных, минеральных и органических удобрений, где создаются условия микробного ценоза, приближенные к оптимальным, и, как следствие, оптимальные условия для роста и развития культур севооборота. ^

Перед закладкой опыта верхний слой почвы имел плотность 0,86 г/см , что характеризовало его как рыхлый. По окончании ротации специализированных конопляных севооборотов изменения плотности были небольшими. В среднем по вариантам плотность почвы в слое 0-20 см имела оптимальные значения (1,11-1,12 г/см3).

Тенденция улучшения агрегатного состава по сравнению с контролем наметилась на вариантах с органическими и минеральными удобрениями. На вариантах с бактериально-органо-минеральной системой удобрений отмечено наибольшее содержание водопрочных агрегатов.

Содержание водопрочных агрегатов в черноземе выщелоченном находилось в зависимости от систем удобрения. Максимальное количество водопрочных агрегатов (41,7 и 41,8%) было отмечено как при применении органической системы в чистом виде, так и в сочетании с бактериальной и

минеральной системами. Отмечая тенденцию улучшения водопрочности на этих вариантах, следует подчеркнуть, что увеличения находятся в пределах одной градации. Бактериально-органо-минеральные системы удобрения позволили поддерживать агрофизические свойства черноземов выщелоченных, тяжелых по гранулометрическому составу, в состоянии оптимальном для роста и развития растений.

Продуктивность специализированных конопляных севооборотов определяется в большей степени урожайностью соломки конопли - исходного сырья для получения волокна. На формирование технологических качеств соломки конопли в севооборотах влияли как системы удобрения, так и предшественники по севообороту

Самыми низкими по опыту были технологические качества соломки и тресты, полученной при возделывании конопли по конопле (севооборот с 50% конопли). На контрольном варианте общая длина стебля составила 102 см, техническая длина - 88 см, количество междоузлий - 4,9; диаметр стебля - 2,7 мм; выход волокна - 30,6%; прочность волокна-16,5 кгс; общий показатель качества - 85,5; сортономер соломки - 0,9.

При выращивании конопли после озимой ржи (севооборот с 25% конопли) и после заделки клевера на сидерат (севооборот с 50% конопли) технологические качества соломки и тресты были выше, выход волокна возрос на 7,6-15,0 %, прочность волокна - на 8,5-22,4 %, улучшились общий показатель качества и сортономер соломки, что объясняется более благоприятным питательным режимом, создаваемым этими предшественниками.

Наилучшие технологические качества соломки конопли получены при возделывании ее после клевера на сидерат. Однако, как показывают результаты исследований, без применения удобрений невозможно получение соломки с хорошими технологическими качествами.

Применение минеральных удобрений (минеральная система) при выращивании конопли оказывает положительное влияние на технологические качества соломки независимо от предшественника. При этом, общая длина стебля увеличилась на 17,6-27,2%, техническая длина - на 18,2-28,2%, количество междоузлий возросло на 1,0-1,8 шт., диаметр стебля увеличился на 18,5-21,1% относительно неудобренного контроля.

Органическая система удобрения также оказала положительное влияние на улучшение технологических качеств волокна конопли, но в меньшей степени, чем минеральная.

При бактериально-органо-минеральной системе удобрения получены лучшие показатели качества соломки и волокна конопли. Самые высокие показатели качества соломки в наших опытах получены в севообороте с 50% конопли после заделки клевера на сидерат и бактериально-органо-минераль-ной системе удобрения. Общая длина стебля достигла 186 см, технологическая длина - 162 см, диаметр стебля - 4,5 мм, количество междоузлий - 6,4 шт. При этом выход волокна достиг 37,4%, прочность волокна - 25,4 кгс, общий показатель качества- 109,5; сортономер соломки - 1,4.

Большой вынос питательных веществ в севооборотах с коноплей обуславливает необходимость оценки воспроизводства гумуса в специализированных севооборотах. Баланс гумуса по углероду отрицателен в обоих севооборотах, а по азоту лишь в 1-м севообороте. Одно поле клевера делает баланс по азоту во втором севообороте близким к нулю, но все же положитель-

в зависимости от систем удобрений (1994-1998 гг.)

Органическая система позволяет сохранять положительный баланс гумуса, но на вариантах не получено достоверных прибавок продуктивности культур.

Бактериальная система удобрения, построенная на использовании штаммов азотфиксирующих бактерий, специфичных для исследуемых культур, увеличивает продуктивность севооборотов на 9,3% и 4,8% соответственно. При этом продуктивность исследуемых культур относительно контроля увеличилась у гороха на 14,6%, у гречихи - на 21,7%, у озимой ржи - на 10,6%, ячменя на 15,4%, клевера на 10,3%. Баланс гумуса близок к системам без удобрений.

Бактериально-органическая система удобрений позволила добиться как увеличения продуктивности изучаемых севооборотов до 22,7-25,0 ц к.ед./га, так и достичь положительного баланса гумуса в обоих севооборотах.

Применение как чисто минеральной, так бактериально-минеральной и органическо-минеральной систем, увеличило продуктивность обоих севооборотов (на 34,0; 44,6 и 42,5% в 1 севообороте и на 30,9; 37,9 и 30,9% во 2 севообороте). Баланс гумуса по азоту положителен, а по углероду отрицателен в обоих севооборотах.

Бактериально-минерально-органическая система удобрения позволила достичь наибольшей продуктивности обоих севооборотов и наибольшего сохранение гумуса. Продуктивность севооборотов достигла 12,3 и 12,7 т зерн. ед./га, прирост гумуса по азоту составил +0,44 и +1,04 т/га.

ПРИМЕНЕНИЕ ОСВ г. ПЕНЗЫ В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Низкое материальное обеспечение сельскохозяйственного производства отрицательно сказывается на почвенном плодородии. Повышение плодородия требует внесения органического вещества. Дефицит традиционных органических удобрений: навоза, торфа и компостов выдвинул проблему использования нетрадиционных удобрений. Установлено, что использование ОСВ в качестве удобрений может привести к улучшению агрофизических свойств почвы, повышению урожайности сельскохозяйственных культур и решить проблему утилизации ОСВ (Покровская, С.Ф., Касатиков В.А., 1987; Зеленин И.Н., Ломов С.П., Кирасиров З.А., 1997; Касатиков В.А. 1989; Чекаев Н.П., 2000; Арефьев А.Н., 2001; Кузин E.H. и др. 2001,2003;Тян В.П., 2003).

По агрохимическим свойствам ОСВ г. Пензы по содержанию органического вещества, азота и фосфора не уступают традиционным видам органических удобрений (навозу и торфу). Содержание калия, как и в осадках сточных вод других городов, ниже, чем в навозе. Органическое вещество осадка богато азотом, соотношение C:N не превышает 15:1. Агрохимический анализ ОСВ г. Пензы, вносимых на поле опытного участка, показал, что сумма поглощённых оснований осадка составляет 88,5 мг-экв./ЮО г сухого вещества осадка, а гидролитическая кислотность — 9,48 мг-экв./ЮО г сухого вещества осадка. Степень насыщенности осадка основаниями очень высокая - 90,32%. В составе ОСВ присутствуют обменные катионы кальция, магния, водорода, алюминия и других оснований.

Анализ содержания солей тяжёлых металлов (ТМ) в слое 0 —100 см ОСВ г. Пензы в пересчёте на сухое вещество позволяет заключить, что содержание никеля и кадмия в среднем за годы исследований превышало ПДК в 1,4 и 2,0 раза соответственно (табл. 6).

Таблица 6 - Содержание тяжёлых металлов в ОСВ г. Пензы (1995 год)

№ скважины Содержание, мг/кг осадка

Zn Cr Pb Cd Ni Mn Fe

1 875 630 68.0 60.3 516 360 6700

2 1300 960 96.6 79.8 764 370 9400

3 570 480 49.9 43.6 45.5 290 9400

Среднее 915,0 690,0 71,5 61,2 578,3 340,0 8500

ПДК* 4000 1500 Ii 000 30 400 2000

*по данным Госкомэпиднадзора

Содержание подвижного хрома напротив, было в 2,2 раза ниже ПДК. Концентрации металлов, относящихся к группе особо токсичных (РЪ и 7м), а

также среднетоксичных и нетоксичных (Ми) в массе осадка при фактической влажности были существенно ниже или практически на уровне их ПДК в почве. По заключению специалистов НИИ экологии и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина, ОСВ г. Пензы относится к категории малоопасных отходов (4-й класс опасности).

Перед закладкой опыта фоновое содержание ТМ в пахотном слое опытного участка составляло 1/3 - 1/10 часть ПДК. Содержание свинца было в 10 раз ниже ПДК, содержание цинка, меди и марганца в 5 раз ниже ПДК. Содержание кадмия и никеля составляло соответственно 0,26% и 0,37% ПДК.

Внесение осадков сточных вод в качестве удобрений привело к изменению содержания ТМ в почве. В среднем по опыту содержание № возросло на 16-26%, Мп - на 1-43%, Сё - на 33-62%, Ъа. - 42-68%. Однако значения ПДК превышены не были.

Снижение содержания ТМ в почве отмечено на второй и третий годы после внесения ОСВ. По завершению опыта содержание ТМ в почве на вариантах с ОСВ было несколько выше, чем на контрольных вариантах по цинку и марганцу. Содержание никеля и кадмия было близко к контрольному, а меди и свинца даже ниже, чем на контроле. По нашему мнению, это обусловлено как выносом ТМ основной и побочной продукцией сельскохозяйственных культур, так и миграцией подвижных форм ТМ по вертикальному и горизонтальному профилю почвы, а также переходом части их в необменные формы.

Применение осадков сточных вод в качестве органических удобрений, является одним из приёмов восстановления утраченной структуры почвы. Агрегатный состав даже при довольно высоком коэффициенте структурности на контроле (2,5) улучшался при внесении ОСВ. Внесение ОСВ в дозе 30 т/га повысило значение коэффициента структурности на паровом поле до 3,4. Внесение ОСВ в дозе 50 т/га на паровом поле повысило коэффициент структурности в среднем на 44%. Достоверное увеличение коэффициента структурности отмечалось при внесении как 30 т/га, так и 50 т/га на всех полях, за исключением поля гороха.

Содержание водопрочных макроагрегатов в опыте находилось в прямой зависимости от доз ОСВ. Внесение 30 т/га ОСВ повысило содержание водопрочных агрегатов на 1,4-6,8%, а 50 т/га - на 6,1-15,3% относительно неудобренного варианта. Коэффициент водопрочности повышался от 0,8-1,0 на вариантах без ОСВ до 1,1-1,5 при 50 т/га (рис. 3).

Изучение последействия ОСВ на второй и третий год после внесения свидетельствует о сохранении улучшенного агрегатного состава по сравнению с контролем

Критериями оценки использования ОСВ в качестве удобрений являлись урожайность и экологическая безвредность растениеводческой продукции.

Рисунок З - Коэффициент водопрочности почвы в зависимости от доз ОСВ

Влияние ОСВ на урожайность культур представлено в таблице 7. Применение ОСВ в удобрительных дозах положительно повлияло на рост и развитие зерновых и зернобобовых культур при увеличении доз ОСВ с 10 до 50 т/га. Относительно низкая урожайность культур в 1996 г. объясняется неблагоприятными погодными условиями (ГТК вегетационного периода 0,6).

Достоверные прибавки урожайности от прямого действия ОСВ на ячмене получены при внесении 30-50 т/га ОСВ, а на яровой пшенице, горохе и гречихе - 40-50 т/га. На вариантах с внесением ОСВ в дозе 50 т/га прибавка урожая относительно контроля составила 23% на яровой пшенице (0,24 т/га), 33% на ячмене (0,42 т/га), 38% на горохе (0,36 т/га) и 47% на гречихе (0,41 т/га).

Таким образом, существует прямая зависимость между урожайностью изучаемых культур и вносимыми дозами ОСВ. Однако прибавка урожая при внесении 50 т/га ОСВ только в варианте с гречихой была достоверно выше, чем при внесении 40 т/га ОСВ. На ячмене, горохе и пшенице различие по урожайности на вариантах с 40 и 50 т/га ОСВ недостоверно.

Положительное влияние ОСВ на продуктивность сельскохозяйственных культур сохраняется на второй и на третий годы после их внесения.

Прибавка урожая озимой пшеницы от последействия ОСВ в дозе 30 т/га составила 0,08 т/га, а яровой пшеницы - 0,17 т/га, превысив контроль на 10,4 и 10,3% соответственно. При внесении 50 т/га ОСВ урожай возрос на 15,7 и 16,9% относительно неудобренного контроля (табл. 8).

На третий год после внесения ОСВ урожайность проса по вариантам изменялась от 1,99 до 2,10 т/га. Максимальной она была на варианте с 50 т/га осадка сточных вод. Разница с контролем составила 0,30 т/га или 16,7 %.

Использование ОСВ в качестве удобрений повышает содержание ТМ в растениеводческой продукции. При количественной оценке установлено, что содержание ТМ зависит не только от дозы ОСВ, но и от вида культуры.

Таблица 7 - Влияние ОСВ на урожайность культур в первый год после внесения

Доза ОСВ, т/га Урожайность

Ячмень Пшеница Горох Гречиха

т/га ±к контролю т/га ±к контролю т/га ±к контролю т/га ±к контролю

Контроль 1,27 - 0,97 - 0,95 - 0,88 -

10 1,28 0,01 0,99 0,02 0,97 0,02 0,88 0,00

20 1,29 0,02 1,03 0,06 1,08 0,013 0,89 0,01

30 1,49 0,22 1,10 0,13 1,03 0,08 0,93 0,05

40 1,66 0,39 1,18 0,21 1,27 0,32 1,14 0,26

50 1,69 0,42 1,21 0,24 1,31 0,36 1,29 0,41

НСР05 0,10 0,07 0,15 0,13

Таблица 8 — Последействие внесения ОСВ на урожайность _сельскохозяйственных культур__

Доза ОСВ, т/га Пшеница яровая | Пшеница озимая Просо

Первый год последействия Второй год последействия

Урожайность, т/га ± к контролю Урожайность, т/га ± к контролю Урожайность, т/га ± к контролю

т/га % т/га % т/га %

Контроль 1,65 - - 1,85 - - 1,80 - -

30 1,82 0,17 10,3 1,93 0,08 10,4 1,99 0,19 10,6

50 1,93 0,28 16,9 2,14 0,29 15,7 2,10 0,30 16,7

НСР05 0,07 0,11 0,17

При прямом действии ОСВ содержание меди в зерне всех культур было в 2-3 раза ниже ПДК. Содержание цинка в зерне ячменя, пшеницы и гречихи было ниже ПДК, а в зерне гороха ниже или равно ПДК (табл. 9).

Содержание кадмия в зерне было ниже ПДК у всех культур, за исключением пшеницы на варианте с дозой ОСВ 50 т/га. Содержание свинца в зерне ячменя и пшеницы не превышало ПДК. В зерне гороха превышение ПДК по содержанию свинца отмечено при дозе ОСВ 50 т/га, а в зерне гречихи - при всех дозах ОСВ. Во второй год после внесения ОСВ отмечено значительное снижение содержания всех ТМ в зерне. Ни по одному из изучаемых элементов превышение содержания ПДК не установлено (табл. 10). На третий год после внесения ОСВ содержание в зерне ТМ продолжало снижаться.

Таким образом, использование ОСВ г. Пензы в качестве органических удобрений улучшает агрономические свойства почвы и продуктивность культур. Внесение ОСВ в дозах 30-50 т/га экологически безвредно на ячмене, пшенице и горохе. Высокое накопление свинца в зерне гречихи ограничивает применение ОСВ под эту культуру.

Таблица 9 — Содержание тяжёлых металлов в зерне

сельскохозяйственных культур в первый год после внесения ОСВ

Культура Вариант Содержание, мг/кг

Ъп Си РЬ С<1

Ячмень Без удобрения (контроль) 40,0 4,0 0,41 0,02

ОСВ Ют/га 34,0 3,4 0,48 0,01

ОСВ 30 т/га 38,5 4,0 0,54 0,02

ОСВ 50 т/га 20,5 2,3 0,26 0,03

Пшеница Без удобрения контроль 30,0 4,1 0,41 0,02

ОСВ Ют/га 33,0 3,5 0,50 0,08

ОСВ 20 т/га 37,5 3,7 0,50 0,07

ОСВ 30 т/га 38,5 3,5 0,49 0,08

ОСВ 50 т/га 40,0 3,4 0,42 0,11

Горох Без удобрения (контроль) 35,5 3,8 0,20 0,04

ОСВ Ют/га 50,0 4,8 0,40 0,06

ОСВ 20 т/га 46,5 4,7 0,51 0,06

ОСВ 30 т/га 38,5 4,6 0,33 0,05

ОСВ 50 т/га 43,0 4,9 0,68 _ 0,06

Гречиха Без удобрения (контроль) 21,5 4,3 0,47 0,05

ОСВ Ют/га 19,0 5,0 0,57 0,06

ОСВ 20 т/га 22,0 4,4 0,57 0,05

ОСВ 30 т/га 25,0 4,9 0,56 0,07

ОСВ 50 т/га 21,5 5,0 0,77 0,08

Таблица 10 - Содержание тяжёлых металлов в зерне сельскохозяйственных культур на 2 и 3 г. после внесения ОСВ

Культура Вариант Содержание, мг/кг

Хп Си РЬ Сс1

Второй год после внесения ОСВ

Пшеница яровая Без удобрения (контроль) 28,0 3,5 0,40 0,01

ОСВ 30 т/га 37,0 3,6 0,45 0,09

ОСВ 50 т/га 38,7 3,8 0,47 0,09

Пшеница озимая без удобрения (контроль) 28,2 3,6 0,39 0,02

ОСВ 30 т/га 36,8 3,5 0,44 0,08

ОСВ 50 т/га 38,0 3,8 0,46 0,09

Третий год после внесения ОСВ

Просо Без удобрения (контроль) 27,1 3,5 0,36 0,01

ОСВ 30 т/га 33,2 3,4 0,41 0,07

ОСВ 50 т/га 35,8 3,6 0,44 0,08

пдк* 50,0 10,0 0,5 0,1

*СанПин 42-123-4089-86

ПОДБОР СИДЕРАЛЬНЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

В настоящее время при отсутствии возможности применения традиционных видов органических удобрений (навоз, компост) особое значение приобретает возделывание сидеральных культур, введение которых в севооборот позволяет при небольших затратах максимально накопить биогенные ресурсы для воспроизводства плодородия почв.

Для сидерации в мировой практике используются более 60 бобовых, крестоцветных и злаковых культур. В каждом регионе на зеленые удобрения рекомендуются различные культуры.

Нами проведен подбор бобовых и капустных культур в качестве сидератов и их оценка по степени влияния на почвенные процессы и продуктивность последующих культур севооборота. По возрастанию общей массы органического вещества, накапливаемой ко времени заделки, яровые сидераты расположились в ряд: вика яровая - 8,44 т/га, горчица белая - 8,86 т/га, редька масличная - 8,88 т/га и донник желтый - 10,06 т/га (рис. 4).

Процентное содержание сухого вещества у яровых сидератов варьировало от 13,1 % у редьки масличной до 24,2 % у донника желтого, у подсевных сидератов от 15,67 % у клевера до 24,4 % у эспарцета, у озимых сидератов - от 16,8 % у вики мохнатой до 21,83 % у гулявника Лёзеля.

Рисунок 4 - Накопление биомассы сидеральными культурами (2001 -2004 гг.)

По возрастанию продуктивности общей сухой биомассы подсевные сидераты расположились в следующий ряд: клевер - 9,40 т/га, донник - 9,61 т/га, эспарцет песчаный - 10,25 т/га. Следует отметить большую долю корневых остатков в общей биомассе. Так, при заделке на сидерат клевера она составляет 5,12 т/га, эспарцета - 4,бОт/га, а донника желтого - 4,24 т/га.

По убыванию продуктивности общей биомассы озимые сидераты расположились в следующий ряд: гулявник Лёзеля - 9,99 т/га, вайда красильная-8,26 т/га, рыжик озимый - 8,03 т/га, вика мохнатая - 7,99 т/га и сурепица озимая - 7,84 т/га. По количеству корневых остатков среди озимых сиде-ральных культур выделялся гулявник Лёзеля - 4,05 т/га.

Важным показателем ценности зеленого удобрения является содержание в нем питательных веществ, накапливаемых ко времени заделки их в почву. Установлено, что содержание азота в скашиваемой массе выше, чем в пожнивных остатках и корнях. Бобовые культуры содержат больше азота (2,232,51 %), чем капустные (1,67 -2,14 %). Наиболее высоким содержанием азота среди бобовых культур выделяются клевер красный - 2,48% (в надземной) и -1,56 % (в корневой массе) и вика мохнатая - 2,48 % и 1,92 % соответственно. Среди капустных культур по высокому содержанию азота выделяется гулявник Лёзеля - 2,27% и 1,59% соответственно (табл. 11).

По содержанию фосфора в надземной фитомассе наиболее высоким содержанием выделялись вика мохнатая — 0,7% и яровая - 0,62%, а наименьшим — донник желтый- 0,41 и 0,46%.

В корневых остатках содержание фосфора ниже, чем в надземной массе, а между сидеральными культурами существенных различий не отмечено.

Содержание калия в надземной массе сидеральных культур варьировало от 0,80% у горчицы белой до 1,29 % у эспарцета песчаного.

В пожнивных и корневых остатках содержание его было несколько ниже, чем в надземной массе. В зависимости от продуктивности и содержания питательных элементов яровые сидеральные культуры аккумулировали ко времени заделки в почву от 134,8 до 244,9 кг/га азота, от 36,4 до 46,3 кг/га фосфора и от 69,8 до 137,9 кг/га калия. Надземная масса всех сидератов содержала питательных веществ больше чем пожнивно-корневые остатки.

Донник желтый, как при яровой, так и при подсевной форме сидерации аккумулировал наибольшее количество питательных веществ ко времени заделки в почву. С его биомассой в почву при заделке поступает 242,0-244,9 кг/га азота, 37,1-40,3 кг/га фосфора и 135,1-137,9 кг/га калия.

Лучшим по накоплению питательных веществ среди капустных при озимой форме сидерации был гулявник Лёзеля, биомасса которого содержала 188,1 кг/га азота, 43,8 кг/га фосфора и 120,1 кг/га калия.

Проведенные исследования показали, что сидеральные культуры не только обогащают почву значительным количеством питательных веществ, но и улучшают её агрофизические свойства. Сидеральные пары способствовали увеличению количества водопрочных агрегатов и агрономически ценных структур. На всех вариантах использования сидератов коэффициент структурности увеличился. Наибольшее количество агрегатов 0,25-10 мм отмечено на вариантах с донником желтым, наименьшее на вариантах с сурепицей озимой.

Таблица 11 - Содержание питательных веществ в сухой биомассе яровых, подсевных и озимых сидеральных культур (2001-2004 гг.)

Содержание, %

N Р:05 К20

Сидерат Скаши- Пожнив- Скаши- Пожнив- Скаши- Пожнив-

ваемая ные Корми ваемая ные Корни ваемая ные Корни

масса остатки масса остатки масса остатки

Яровые

Вика 2,40 1,86 1,83 0,62 0,47 0,43 1,25 1,16 1,42

Редька 1,99 1,49 1,51 0,49 0,26 0,41 0,86 0,85 0,83

Горчица 1,67 1,30 1,29 0,51 0,26 0,26 0,80 0,64 0,85

Донник 2,96 1,72 1,97 0,41 0,34 0,32 1,40 1,36 1,34

Подсевные

Клевер 2,48 1,87 1,56 0,49 0,31 0,38 1,36 1,19 1,13

Эспарцет 2,33 1,78 1,53 0,54 0,31 0,54 1,29 1,11 1,05

Донник 3,02 2,78 1,94 0,46 0,39 0,39 1,45 1,40 1,36

Озимые

Вика 2,48 2,12 1,92 0,70 0,51 0,53 1,31 1,18 1,08

Рыжик 2,14 1,25 1,42 0,51 0,41 0,38 1,27 1,17 1,22

Сурепица 1,87 1,53 1,57 0,54 0,42 0,36 1,32 1,16 1,04

Гулявник Лёзеля 2,27 1,36 1,59 0,53 0,39 0,34 1,31 1,20 1,08

Вайда красилы іая 1,98 1,33 1,54 0,52 0,40 0,37 1,30 1,16 1,13

Сидеральные пары во все годы исследований повышали урожайность последующих зерновых культур (табл.12).

Таблица 12 -Урожайность культур и продуктивность севооборота в зависи-_мости от вида сидерального пара (2001-2004 гг.) _

Сидераты Урожайность, т/га Продук- . тивность севооборота, зерн. ед., т/га

сидерат (сухая масса) оз. пшеница просо ячмень

зерно солома зерно солома зерно солома

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Яровые Чистый пар (контроль) - 2,6 4,7 2,0 4,7 2,2 2,7 7,2

Вика 4,7 3,0 5,0 2,2 5,1 2,4 2,9 9,9

Редька 5,2 2,9 4,9 2,3 5,3 2,5 3,0 10,2

Горчица 5,4 2,8 4,8 2,1 4,9 2,3 2,8 9,8

Донник 5,0 3,1 5,1 2,4 5,5 2,4 2,9 10,4

Продолжение таблицы 11

Подсевные Клевер 3,3 3,1 5,1 | 2,5 5,7 5,2 5,4 11,1

Эспарцет 4,5 3,0 5,0 2,5 5,7 5,0 5,2 11,2

Донник 4,5 3.0 5,0 2,4 5,5 4,9 5Д 10,9

Озимые Чистый пар (контроль) - 2,6 4,7 2,0 4,7 2,3 2,8 7,3

Вика 3,7 3,0 5,0 2,5 5,7 2,5 3,0 9,9

Рыжик 4,1 2,8 4,8 2,2 5,1 2,3 2,8 9,3

Сурепица 3,7 2,9 4,9 2,2 5,1 2,2 2,7 9,3

Гулявник 4,7 2,9 4,9 2,3 5,3 2,4 2,9 9,8

Вайда красильная 3,8 2,8 4,3 2,3 5,3 2,3 2,8 9,3

НСР05 С,2 0,12 0,10 0,10 0,08 0,11 0,07 0,30

В среднем по трем закладкам опыта в зависимости от вида сидерального пара урожайность зерна озимой пшеницы варьировала от 2,60 до 3,10 т/га. Последействие сидерата сохраняется до третьей культуры севооборота. Подсевные сидераты обеспечили самую высокую продуктивность зернопа-рового севооборота (10,9-11,2 зерн. ед., т/га).

Отмечен высокий вынос азота с урожаем зерновых и значительная минерализация гумуса (3,98-5,94 т/га) (рис. 5).

По количеству вновь образовавшегося гумуса из бобовых сидератов выделяются варианты с донником (1,94-1,96 т/га), а из капустных - с гулявником Лёзеля (1,50 т/га). Суммарное новообразование гумуса (сидераты, пож-нивно-корневые остатки и солома зерновых) наибольшим в опыте было при подсевной форме сидерации - 4,90-5,30 т/га. Наибольшие потери гумуса (от-

рицательный баланс: -1,18 и -1,23 т/га) получен в севооборотах с неудобренными чистыми парами.

Рисунок 5 - Минерализация и новообразование гумуса в коротсорогавдонном зернопаровом севообороте в зависимости от вида пара (2001-2004 гг.)

Замена чистых паров сидеральными обеспечила к концу ротации в ряде вариантов уравновешенный баланс гумуса с небольшим дефицитом - 0,050,09 т/га (рыжик озимый, редька масличная, горчица белая, вика мохнатая). На вариантах с сурепицей озимой, вайдой красильной, донником желтым, клевером и эспарцетом баланс гумуса отрицательный (от -0,13 до -0,97 т/га). Положительный баланс гумуса сложился в севооборотах с использованием в качестве сидератов вики посевной (+0,11 т/га ) и донника желтого (+0,49 т/га ) при яровой форме сидерации.

СИДЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Сидеральные смеси представляют значительно больший интерес, чем однокомпонентные сидераты так как позволяют, благодаря варьированию компонентов, поддерживать плодородие почвы, более сбалансировано обогащая ее питательными элементами. В смесях усиливается эффект сидераль-ных культур по мобилизации элементов питания из труднодоступных соединений почвы и воздуха (Масалимов Т.М., 1991;Такунов И.П.,1996; Беляк В.Б., 2002).

Сидеральные ценозы предпочтительнее одновидовых посевов по устойчивости, урожайности и средообразующему влиянию (Жученко A.A., 1990).

Влияние сидерации можно усилеть, если применять для этих целей смешанные посевы бобовых и капустных культур.

Полевая всхожесть и сохранность растений бобово-капустных смесей к уборке находилась в прямой зависимости от погодных условий вегетационного периода и норм высева. Увеличение норм высева компонентов в опыте сопровождалось снижением сохранности как бобового, так и капустных компонентов, причём у бобового компонента оно было выражено интенсивнее. Сохранность растений к уборке с увеличением норм высева снижалась: у смесей вики яровой и редьки масличной на 9,2 %, вики яровой и горчицы белой - на 12,4 %; у смесей вики мохнатой и рыжика озимого - на 2,0 %, вики мохнатой и сурепицы озимой - на 7,3 %.

Увеличение нормы высева компонентов смесей способствовало уменьшению количества малолетних сорных растений и угнетению многолетних.

Сидеральные смеси накапливали максимальный урожай биомассы в фазе цветения бобовых и начала образования стручков капустных компонентов. В опыте по подбору компонентов сидеральных смесей наибольший урожай биомассы яровых сидеральных смесей получен при высеве вики с горчицей -9,62-10,42 т/га, озимых - при высеве вики с сурепицей - 9,36-10,66 т/га. Увеличение норм высева компонентов повышает урожай зеленой и общей сухой биомассы во всех исследуемых смесях (табл. 13). Коэффициенты корреляции между урожаем сухой надземной и корневой массы у смесей вики яровой и редьки масличной составили г = 0,62, а у смесей вики яровой и горчицы белой - г = 0,67, что указывает на умеренно прочное отношение между переменными. Уравнения регрессии при этом имеют вид: У = 2,0229 + 0,4162 X для яровых смесей и У = 2,8516 + 0,2469 X для озимых смесей. Коэффициенты корреляции г = 0,97 у смесей вики с рыжиком и г = 0,98 у смесей вики с сурепицей указывают на тесное отношение между переменными. Уравнения регрессии соответственно имеют вид:

У = 0,1646 + 0,6961Х и У = - 0, 4157 + 0,8119Х, где У - масса сухих корней, т/га; X - сухая надземная биомасса сидерата, т/га.

В яровых и озимых смесях доля бобового компонента в урожае была ниже, чем капустного. Увеличение норм высева сидеральных смесей повысило долю бобового компонента в урожае на 4,8 % (до 39%) относительно варианта с наименьшей нормой высева.

В опыте с интродуцированными культурами смесь вики мохнатой с гулявником Лёзеля сформировала наибольший урожай как сухой надземной массы - 6,15 т/га, так и корневой — 4,76 т/га.

Эффективность зелёного удобрения в повышении плодородия почвы определяется не только количеством сидералыюй биомассы, но и её химическим составом. В зависимости от состава сидеральных смесей и норм высева их компонентов содержание азота в сидеральных смесях варьировало от 2,09 до 2,60 %, фосфора - от 0,36 до 0,66%, калия - от 1,28 до 1,44 %.

Таблица 13-Накопление биомассы сидеральных смесей ко времени заделки в почву, т/га (2001-2004 гг.)

Вариант. Норма высева, млн. шт./га Надземная масса Сухая корневая масса Общая сухая масса

Зеленая Сухая

Вика яровая + редька масличная

0,5 0,3 32,8 4,96 4,01 8,97

1,0 0,5 35,7 5,23 4,07 9,30

1,5 0,8 37,6 5,45 4,36 9,81

2,0 1,0 35,7 4,97 4,23 9,20

НСР05 2,1 0,13 0,08 0,17

Вика яровая + горчица белая

0,5 0,5 29,0 5,46 4,16 9,62

1,0 1,0 30,4 5,68 4,26 9,94

1,5 1,5 32,4 5,91 4,42 10,33

2,0 2,0 34,4 6,13 4,29 10,42

НСР05 1,2 0,14 0,09 0,15

Вика мохнатая + рыжик озимый

0,5 3,0 25,5 4,48 3,25 7,73

1,0 4,0 29,9 5,13 3,73 8,86

1,5 5,0 31,6 5,29 3,95 9,24

2,0 6,0 34,4 5,73 4,09 9,82

НСРоз 1,0 0,12 0,18 0,07

Вика мохнатая +сурепица озимая

0,5 2,1 29,8 5,41 3,95 9,36

1,0 2,5 31,0 5,48 4,08 9,56

1,5 2,9 33,4 5,86 4,30 10,15

2,0 3,3 35,0 6,10 4,56 10,66

НСР05 1,5 0,25 0,21 0,42

Вика мохнатая + гулявник

2,0 | 1,0 30,8 | 6,15 | 4,76 | 10,91

Вика мохнатая + вайда

2,0 | 0,5 34,0 5,85 4,30 10,15

НСР05 1,6 0,16 0.18 0,33

Наибольшее содержание питательных элементов было в сидеральной массе смеси вики яровой с редькой масличной, вики мохнатой с гулявником Лёзеля и вики мохнатой с вайдой красильной. В среднем за годы исследований в зависимости от состава и норм высева компонентов яровых сидеральных смесей в почву поступало до 253,6 кг/га азота, 69,5кг/га фосфора и 146,0 кг/га калия. Скорость разложения органического вещества сидеральных смесей больше зависела от погодных условий, чем от норм высева и состава сидеральных смесей. Уже к посеву озимой пшеницы биомасса яровых сидеральных смесей разлагалась в среднем на 42,8-45,2 %, а озимых - на 54,0-58,7 %. В засушливых условиях 2002 г. скорость минерализации была существенно ниже.

Сидеральные пары оказывают положительное влияние на гумусное состояние чернозёма выщелоченного (табл. 14).

Таблица 14 - Изменение содержание гумуса в слое 0 - 30 см в звене сидеральный пар - озимая пшеница (2001-2004 гг.)

Вариант норма высева, млн. шт./га Содег жание гу муса, %

Исходное Перед уборкой озимой пшеницы Изменение гумуса, +/-

1 2 3 4

Чистый пар (контроль) 6,51 6.46 -0,05

Вика яповая и редька масличная

0,5 0,3 6,50 | 6,54 +0,04

1,0 0,5 6,51 ! 6,55 +0,04

1,5 0,8 6,51 6,55 +0,04

2,0 1,0 6,51 6,55 +0,04

Вика яровая и горчица белая

0,5 0.5 6,52 6,56 +0,04

1,0 1,0 6,51 6,56 +0,05

1,5 1,5 6,50 6,57 +0,05

2,0 2,0 6,52 6,57 +0,05

Чистый пар (контроль) 6,42 6,38 -0,04

Вика мохнатая и рыжик озимый

0,5 3,0 6,41 6,44 +0,03

1,0 4,0 6,42 6,46 +0,04

1,5 5,0 6,41 6,45 +0,04

2,0 6,0 6,40 6,45 +0,05

Вика мохнатая и сурепица озимая

0,5 2,1 6,42 6,46 +0,04

1,0 2,5 6,42 6,47 +0,05

1,5 2,9 6,42 6,47 +0,05

2,0 3,3 6,42 6,47 +0,05

Вика мохнатая и гулявник Лёзеля

2,0 | 0,5,0 | 6,42 6,48 +0,06

Вика мохнатая и вайда красильная

2,0 | 1,0 | 6,42 6,47 +0,05

В опыте как с яровыми, так и с озимыми сидеральными смесями содержание гумуса в пахотном слое под озимой пшеницей в среднем за три года увеличилось на 0,04-0,05%.

Содержание гумуса на контроле снизилось на 0,05-0,04%. При использовании в качестве озимых сидератов смесей вики мохнатой с гулявником Лёзеля получили наибольшее в наших опытах увеличение содержания гумуса (+0,06%).

Сидеральные смеси улучшают агрегатный состав почвы: количество частиц с диаметром 5-1 мм возрастает на яровых смесях до 6,4-8,6 %, а на озимых до 7,0-9,7 %. Количество частиц с диаметром более 10 мм и менее 0,25 мм уменьшается. Наиболее заметные изменения агрегатного состава среди яровых сидератов вызвала смесь вики с горчицей (по 2,0 млн. шт./га обоих компонентов), а среди озимых - смесь вики с сурепицей (2,0 и 3,3 млн. шт./га).

Заделка их биомассы увеличила долю агрегатов 0,25-10 мм на 8,9 и 10,5 % соответственно. Существенно возрастал коэффициент структурности по сравнению с контролем.

Зависимость содержания агрегатов 0,25-10 мм от общей биомассы внесенного сухого вещества сидеральных смесей описывается следующими уравнениями регрессии:

для яровых сидеральных смесей: У = 54,6681 + 1,8123 X (г = 0,88); для озимых сидеральных смесей: У = 60,676 + 1,3358 X (г = 0,92) ; где У - содержание агрегатов 0,25-10 мм (%);

X — биомасса сидерата в пересчете на сухое вещество (т/га). Плотность почвы чернозема выщелоченного после заделки яровых сидеральных смесей снизилась в пахотном слое от 1,23 г/см3 на контроле до 1,16 - 1,18 г/см3 на фоне зеленого удобрения, а после заделки озимых - от 1,22 до 1,15-1,19 г/см соответственно. Изменение плотности почвы наиболее интенсивно происходило в слоях 0 - 10 и 10 - 20 см. Слой почвы 20 - 30 см на всех вариантах имел практически одинаковую плотность - 1,27-1,28 г/см . Установлена зависимость изменения плотности почвы от количества заделанной биомассы сидератов (табл. 15).

Таблица 15- Зависимость плотности сложения чернозема выщелоченного от биомассы сидеральных смесей

Слой почвы,см Уравнения регрессии Коэффициент корреляции

Яровые сидеральные смеси

0-10 У = 1,2542-0,0171 X 0,91

10-20 У = 1,2605 -0,0120 X 0,70

20-30 У = 1,3138-0,0940 X 0,40

Озимые сидеральные смеси

0-10 У = 1,2167-0,0136 X 0,88

10-20 У = 1,3272 -0,0210 X 0,79

20-30 У = 1,3475-0,0074 X 0,63

Переменная У - плотность почвы (г/см3); переменная X - биомасса сидерата в пересчете на сухое вещество (т/га).

Установлено, что в зоне неустойчивого увлажнения Среднего Поволжья сидеральные смеси в процессе вегетации несколько иссушают почву. Запасы доступной влаги в слое 0-100 см составляли на вариантах с яровыми сидеральными смесями в среднем от 78,7 до 82,9 мм (на контроле - 121,7 мм). На вариантах с озимыми смесями - от 101,1 до 110,3 мм (на контроле 153,3 мм).

К посеву озимой пшеницы на сидеральном пару с яровыми сидеральными смесями влаги было меньше на 27,0-30,7 мм, а с озимыми смесями - на 6,7-8,5 мм, чем на чистом пару. В целом запасы влаги в почве в годы проведения исследований ко времени сева озимой пшеницы были достаточными для получения своевременных и дружных всходов, за исключением засушливого 2002 г. К весеннему отрастанию озимой пшеницы запасы влаги по вариантам нивелировались.

Биологическая активность почвы под озимой пшеницей на вариантах с заделкой сидеральных смесей была выше, чем на контроле на 13,7-18,2% и находилась в пределах 49-56%. Применение сидеральных смесей способствует активизации почвенной биоты, что создаёт благоприятные условия для формирования урожая последующих культур.

В среднем за годы исследований урожай озимой пшеницы по яровым си-деральным смесям составлял 3,49 - 3,71 т/га при 3,20 т/га на контроле. Наиболее эффективными были смеси вики яровой с редькой масличной, которые обеспечили повышение урожайности озимой пшеницы на 0,32-0,51 т/га по сравнению с чистым паром.

Средний урожай зерна пшеницы на вариантах с озимыми сидеральными смесями составил 3,12 -3,42 т/га, превысив контроль на 0,14-0,44 т/га.

Зерно озимой пшеницы, выращенной по сидеральным парам, отличалось высокими технологическими показателями и посевными качествами. Натура составила 748-780 г/л при 746-773 г/л по чистому пару.

Масса 1000 зерен превышала контроль на 1,7-2,0 г после яровых смесей и на 1,1-1,5 г после озимых. Содержание белка по яровым сидеральным смесям составило 13,7-13,8 %, что на 0,7-0,8 % выше, чем на контроле. Содержание клейковины в зерне повысилось на 1,9-2,1 %. Озимые сидеральные смеси повышали данные показатели на 0,4-0,9 % и 1,4- 2,0 % соответственно. Качество клейковины в 2002 г. на всех вариантах опыта соответствовало 2 группе, в 2003 и 2004 гг. - 1 группе.

БИОЛОГИЗАЦИЯ КОРОТКОРОТАЦИОННОГО ЗЕРНОПАРОВОГО СЕВООБОРОТА

Биологизация земледелия позволяет эффективно использовать биологические особенности растений, почвенное плодородие и энергоресурсы. (Беляк В .Б., 2008; Наумкин, В.Н., 2010).

Сохранить и накопить органическое вещество в почве в зернопаровом севообороте возможно за счет сидератов, соломы, и пожнивно-корневых остатков зерновых культур. Самая большая биомасса сидератов (общая) была сформирована яровой смесью (вика посевная+редька масличная) - 10,69 т/га. Несколько уступил ей клевер - 10,53 т/га. Озимая сидеральная смесь (вика мохнатая+сурепица озимая) сформировала 9,37 т/га общей сухой сидераль-ной массы. При этом наибольшее соотношение скашиваемой массы к корневой формируют яровая (1,24) и озимая (1,15) сидеральные смеси, у клевера

оно снижается до 0,73 т/га.

Все сидераты характеризовались высоким содержанием валового азота (2,44-2,64%). По содержанию общего фосфора сидеральные смеси имели более высокие показатели в сравнении с клевером (в скашиваемой массе -0,56%, в пожнивных остатках - 0,37% и в корнях - 0,37%).

Содержание общего калия было выше в скашиваемой массе (1,441,52%), чем в корнях (1,20-1,36%) и пожнивных остатках (1,24-1,44%).

Количество валового азота, поступающего в почву, было выше при заделке яровой сидеральной смеси - 239,2 кг/га и клевера -211,0 кг/га. Содер-

жание валового фосфора также было выше в биомассе яровой сидеральной смеси —58,6 кг/га. Клевер и озимая смесь накопили 46,4 и 46,2 кг/га соответственно. Валовым калием богаче яровая сидеральная смесь (156,7 кг/га) и клевер (139,0 кг/га). Озимая смесь аккумулировала 124,0 кг/га калия.

Яровая сидеральная смесь обеспечила поступление в почву большего количества азота, фосфора и калия по сравнению с клевером и озимой сидеральной смесью.

Во все годы исследований урожайность пшеницы — первой зерновой культуры севооборота - была достаточно высокой и показывала хорошую отзывчивость как на заделку сидератов, так и на внесение минеральных удобрений (табл. 16).

Таблица 16 — Влияние элементов агротехники на урожайность куль-

тур в короткоротационном зернопаровом севообороте (2005-2009 гг.)

Сидерат Способ заделки Доза NPK Средняя урожайность, т/га ♦Продуктивность севооборота, зерн. ед. т/га

Сидерат (сухая скашиваемая) Пшеница озимая Ячмень Просо

Клевер Запашка NoPoKo 3,97 3,6 2,59 1,8 9,9

Ï4NPK 3,97 4,07 2,89 2,46 11,5

NPK 3,97 4,4 3,19 2,74 12,5

Дискование NoPoKo 3,97 3,53 2,4 1,75 9,6

•Л NPK 3,97 3,97 2,78 2,37 11,2

NPK 3,97 4,26 3,10 2,54 12,0

Лущение NoPoKo 3,97 3,42 2,27 1,73 9,4

NPK 3,97 3,72 2,59 1,96 10,3

NPK 3,97 4,01 2,87 2,38 11,3

Вика мохна- тая+ сурепица озимая Запашка NoPoKo 4,52 3,29 2,22 1,69 9,4

Vi NPK 4,52 3,68 2,6 2,36 10,9

NPK 4,52 3,95 2,86 2,50 11,6

Дискование NoPoKo 4,52 3,16 2,13 1,58 9,0

'A NPK 4,52 3,62 2,50 2,11 10,5

NPK 4,52 3,97 2,83 2,40 11,5

Лущение NoPoKo 4,52 3,07 2,01 1,43 8,6

'A NPK 4,52 3.47 2,23 2,05 10,0

NPK 4,52 3,70 2,54 2,26 10,8

Вика яровая + редька масличная Запашка NoPoKo 5,34 3,35 2,44 1,77 10,1

'A NPK 5,34 3,76 2,72 2,38 11,5

NPK 5,34 4,17 3,00 2,58 12,4

Дискование NoPoKo 5,34 3,28 2,28 1,65 9,7

'Л NPK 5,34 3,64 2,51 2,32 11,1

NPK 5,34 4,09 2,88 2,49 12,1

Лущение NoPoKo 5,34 3,07 2,17 1,63 9,3

■Л NPK 5,34 3,55 2,38 2,22 10,7

NPK 5,34 3,92 2,65 2,36 11,5

НСР05 0,02 0,03 0,04 0,03

*по основной продукции

В среднем по трем закладкам опыта урожайность культур зернового клина уменьшалась в зависимости от вида сидерального пара в ряду: клевер-

яровая смесь - озимая смесь. Средняя урожайность зерновых на вариантах с запашкой сидератов была выше, чем при заделке дискованием и самой низкой по опыту при их заделке лущением. Внесение полной нормы НРК под зерновые значительно повысило урожайность в сравнении с внесением 'А ИРК и вариантами без удобрений.

Доля влияния вида сидерального пара на урожайность пшеницы (в год действия) составила 16,2%, способов заделки сидератов - 9,4%, минеральных удобрений - 73,5 %.

Доля влияния вида сидерального пара на урожайность ячменя (первый год последействия) повысилась до 17,2%, способов их заделки - до 17,5%, а минеральных удобрений снизилась до 65,3 %.

Во второй год последействия доля влияния вида сидерального пара на урожайность проса снизилась до 3,2 %, способов их заделки - до 8,2%, а минеральных удобрений возросла до 88,6 %.

Увеличение доли влияния способов заделки сидератов в первый год последействия обусловлено более активно идущими процессами гумификации органического вещества в почве на вариантах с запашкой сидератов.

Снижение доли влияния фактора минерального питания в формировании продуктивности зерна от первой зерновой культуры с 73,5 до 65,3 % у второй обусловлено улучшением органической составляющей в этот период. Во второй год последействия, в связи со снижением поступления органических веществ за счет гумификации сидератов, доля влияния минеральных удобрений на урожайность зерновых возросла до 88,9%. Сидеральные пары оказывают положительное влияние на гумусное состояние чернозема выщелоченного. Все изучаемые в опыте сидераты сохранили, а в ряде вариантов и повысили содержание гумуса в короткоротационом зернопаровом севообороте. Лучшие результаты получены на вариантах, где сидераты заделывались лущением и под зерновые культуры вносили полную норму минеральных удобрений на запланированный урожай. Содержание гумуса в почве по завершению ротации севооборота было выше на вариантах, где заделывали яровую сидеральную смесь лущением и вносили полную норму ЫРК.

Содержание доступного фосфора и калия в почве в конце ротации севооборота в большей степени зависело от норм минеральных удобрений, вносимых под зерновые культуры (табл. 17).

Наиболее высокое содержание этих питательных элементов отмечено в вариантах с внесением под зерновые полной и половинной нормы ЫРК -254,1; 165,0 мг/кг г почвы и 165,0; 153,3 мг/кг почвы соответственно.

Из форм сидерации по влиянию на содержание доступного фосфора и калия в пахотном и подпахотном горизонтах почвы выделился клевер -230,8; 216,4 и 155,2; 135,7 мг/кг почвы соответственно. Наибольшее содержание доступного фосфора отмечено на вариантах где сидераты были заделаны дискованием - 227,3; 221,9 мг/кг почвы. Наибольшее содержание доступного калия в почве отмечено на вариантах, где сидераты запахивались.

Сидеральные пары способствовали формированию и увеличению количества агрономически денных и водопрочных агрегатов перед уборкой озимой пшеницы по сравнению с исходным состоянием.

Содержание структурных агрегатов более 10 мм было наименьшим в вариантах с запашкой сидерата (24,3-25,1%). Лущение повысило содержание этой фракции до 26,3-27,0%.

Таблица 17 - Влияние элементов агротехники на содержание подвижного

фосфо за и обменного калия в почве

Элементы агротехники Содержание элемента, мг/кг почвы

р2о5 к2о

Пахотный Подпахотный Пахотный Подпахотный

Сидерат Клевер 230,8 216,4 155,2 135,7

Вика оз.+ сурепица 210,7 212,5 148,8 139,1

Вика яр.+ редька. 216,7 207,3 129,9 120,5

Способ заделки Запашка 207,3 198,8 155,9 135,9

Дискование 227,3 221,9 130,1 121,4

Лущение 223,7 215,5 147,9 137,9

Доза отк короко 193,7 187,7 121,3 109,7

1/2 ирк 210,4 212,1 147,6 132,2

№К 254,1 236,4 165,0 153,3

Содержание агрегатов 0,25-Юмм находилось в интервале 70,5-72,9%; не выявлено его зависимости от способов заделки сидерата и норм минеральных удобрений.

Коэффициент структурности почвы варьировал от 2,39 до 3,10. Наибольшими он был в вариантах с запашкой сидератов- 2,60-2,69. Дискование снизило коэффициент оструктуренности почвы до 2,46-2,56, а лущение до 2,39-2,44.

Существенного различия плотности почвы в слое 0-10 см по различным видам паров не установлено.

Содержание азота в зерне пшеницы варьировало от 2,74 до 3,66%, фосфора - от 0,27 до 0,40%, калия - от 0,39 до 0,50%. Оно увеличивалось при увеличении нормы минеральных удобрений и не зависело от способа заделки сидератов.

Самое заметное влияние на качество зерна оказали минеральные удобрения. На вариантах с полной нормой ЫРК в сравнении с вариантами без удобрений содержание сырого протеина возрастало на 0,5% в зерне ячменя и более чем на 2,5 % в зерне пшеницы и проса.

Способы заделки сидератов оказали заметное влияние на качество зерна пшеницы и ячменя, повысив содержание сырого протеина в зерне ячменя на вариантах с запашкой сидератов, а в зерне пшеницы - при заделке сидератов дискованием.

В зависимости от вариантов опыта потери гумуса за ротацию севооборота варьировали от 3,40 до 4,59 т/га.

Новообразование гумуса за счёт гумификации сидеральной фитомассы, корней, пожнивных остатков и измельченной соломы зерновых культур, составило 4,26-5,32 т/га.

Влияние элементов агротехники на баланс гумуса в зернопаровом севообороте представлено на рис.6.

Рисунок 6 - Баланс гумуса в короткоротационном зернопаровом севообороте А - сидерат +№К+ солома; Б - средний по факторам.

Баланс гумуса был наибольшим на вариантах с яровой сидеральной смесью, заделкой сидерагов лущением и внесением полной нормы ИРК. Таким образом, в условиях лесостепной зоны Поволжья для сохранения почвенного плодородия при высокой продуктивности зернопаровых севооборотов необходима замена чистого пара на сидеральный, запашка или дискование сидератов во время цветения бобового компонента, применение минеральных удобрений под зерновые культуры и заделка измельченной соломы зерновых.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАКТОРОВ БИОЛОГИЗАЦИИ

Обобщающую характеристику эффективности элементов биологизации дает энергетический анализ. Оценка энергозатрат в специализированных конопляных севооборотах показала, что на контрольных вариантах они составили 37-38 ГДж/га. При бактериальной, органической и бактериально-органической системах удобрения затраты увеличились незначительно, а применение минеральных удобрений повысило их в 1,7-1,8 раза. Выход энергии с урожаем был наибольшим при бактериально-органо-минеральной системе и составил 296 ГДж/га при 25 % насыщении коноплей и 399 ГДж/га при 50 % насыщении. При этой системе получен и самый высокий энергетический доход - 233 ГДж/га и 328 ГДж/га, соответственно. Коэффициент энергетической эффективности увеличивался от 5,1 - 5,3 на вариантах без удобрения до 5,9 -7,7 на вариантах с бактериально-органической системой удобрения. Введение в севооборот второго поля конопли увеличило чистый энергетический доход на 40,8 %, а затраты энергии по севообороту на 12,7 %.

Затраты на применение ОСВ г. Пензы возрастают с увеличением их доз, достигая наибольших значений при внесении 50 т/га. На удобренных вариантах в год действия суммарный выход валовой энергии с урожаем варьировал от 19,9 до 40 ГДж/га в зависимости от культуры и был выше на вариантах с более высокими дозами ОСВ. Коэффициент энергетической эффективности составил 1,1-2,4. Энергетический доход - от 2,8 на яровой пшенице до -22,5 ГДж /га на горохе. Относительно низкий уровень чистого энергетического дохода и энергетического коэффициента в год действия объясняется, как высокими затратами энергии при внесении ОСВ, так и низким урожаем культур вследствие засухи в год внесения ОСВ.

Во второй год после внесения ОСВ наибольший чистый энергетический доход получен от последействия 50 т/га - на яровой и озимой пшенице 23,2 и 27,1 ГДж/га соответственно. Коэффициент энергетической эффективности повысился до 3,0-3,3.

На третий год после внесения ОСВ продолжалось его последействие. При выращивании проса суммарный выход валовой энергии с урожаем достиг 40,3 ГДж/га при 30 т/га и 46,6 ГДж/га при 50 т/га ОСВ. Энергетический коэффициент превысил контроль на 1,7 и 3,2 ед., что обусловлено продолжающимся последействием ОСВ.

Расчёты энергетической эффективности возделывания различных культур в качестве сидератов показали низкую энергозатратность этого агроприёма. Совокупные затраты энергии на выращивание и заделку сидератов составляли 5,7-9,3 ГДж при самостоятельном посеве и 17,7-19,3 ГДж при посеве под покров ячменя. Затраты энергии по зернопаровому севообороту сидеральный пар - озимая пшеница - просо - ячмень в зависимости от сидеральных культур варьировали от 43,2 до 56,1 ГДж при 42,8 ГДж на чистом паре. При средней продуктивности севооборота (по

основной продукции) по сидеральным парам 9,3-12,6 т зерн. ед./га выход валовой энергии составлял 202-278,3 ГДж/га.

Наибольший чистый энергетический доход получен при использовании на сидерат донника желтого (222 ГДж/га), редьки масличной (193 ГДж/га), гулявника Лёзеля (185 ГДж/га). Самые высокие значения биоэнергетического коэффициента получены в вариантах с донником жёлтым при самостоятельном посеве и гулявником Лёзеля - 5,5, редькой масличной и

горчицей белой — 5,4.

Применение сидеральных смесей в звене сидеральный пар - озимая пшеница показало высокую энергетическую и эколого-энергетическую эффективность.

Наибольшая энергоотдача от сидеральных смесей была достигнута на вариантах с наименьшей нормой высева, коэффициент энергетической эффективности которых составил у яровых 2,82 и 2,78 ед., у озимых - 2,36 и 2,48 ед.

Баланс энергии в почве на всех вариантах с сидеральными парами положителен и в зависимости от вида паров на яровых смесях составил 15,42-19,03 ГДж/га, а на озимых -13,39-20,60 ГДж/га и возрастал с увеличением норм высева компонентов.

Коэффициент эколого-энергетической эффективности на вариантах с яровыми смесями варьировал от 1,76 до 1,91 ед. и был выше по смесям вики яровой с горчицей белой.

На вариантах с озимыми сидеральными смесями коэффициент эколого-энергегической эффективности варьировал от 1,75 до 2,05 ед. Наиболее высоким он был на смесях вики мохнатой с сурепицей озимой. Практически на всех смесях окупаемость затрат энергии возрастала с увеличением норм высева компонентов.

Анализ энергетической эффективности приемов биологизации зернопа-рового севооборота показал, что по затратам энергии на выращивание в зависимости от вида пара исследуемые сидераты можно расположить в ряд по мере убывания: вика посевная + редька масличная (13,57-14,39 ГДж/га), вика мохнатая + сурепица озимая (10,91-11,74 ГДж/га), клевер - 8,98-9,80 ГДж/га (без затрат на покровную культуру).

Затраты энергии на заделку сидератов возрастают в ряду лущение - дискование - запашка.

Применение минеральных удобрений под зерновые культуры севооборота увеличивает энергозатраты в среднем на 4,9 ГДж/га при 1/2 NPK и на 8,9 ГДж/га при полной норме NPK.

В целом за ротацию севооборота в зависимости от вариантов опыта затраты энергии составили от 33,75 до 47,95 ГДж/га, суммарный выход энергии с урожаем 118,21 - 187,81 ГДж/га.

Наибольший средний выход энергии с урожаем зерна получен на вариантах с клевером в 160,27 ГДж/га, с запашкой сидератов - 159,65 ГДж/га и полной дозе NPK -170,9 ГДж/га.

Средний биоэнергетический коэффициент по вариантам с клевером составил 4,13, с озимой смесью - 3,57, с яровой смесью - 3,51.

Влияние на биоэнергетику оказали и способы заделки сидератов: в среднем по вариантам запашка — 3,87; дискование - 3,74; лущение — 3,60. Применение минеральных удобрений повысило биоэнергетический коэффициент в среднем с 3,64 до 3,80.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На чернозёмах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья в специализированных конопляных севооборотах бактериальные удобрения, которыми инокулировали семена зерновых культур севооборота и клевера, улучшали агрофизические и агрохимические свойства почвы, повышали её биологическую активность. Продуктивность конопляных севооборотов с 25 и 50 % конопли при применении бактериальных удобрений повысилась на 0,9 и 0,6 т. зерн.ед./га относительно контроля.

2. Бактериально-органо-минерапьная система удобрения позволила поддерживать агрофизические свойства черноземов выщелоченных, тяжелых по гранулометрическому составу в состоянии оптимальном для роста и развития растений.

3. В севообороте с 25 % конопли за ротацию в зависимости от систем удобрения синтезировано от 29,83 до 43,41 т/га (в том числе соломки конопли 6,16-9,52 т/га) общей продукции, из которой основная составляет от 36,3 до 39,2 %. Введение второго поля конопли (севооборот с 50 %) позволило увеличить долю основной продукции до 52,8-57,0 % и получать от 18,81 до 26,33 т/га соломки конопли. При этом возрастает и общая продуктивность севооборота.

4. Самые высокие показатели качества соломки получены в севообороте с 50 % конопли после заделки клевера на сидерат на фоне бактериально-органо-минеральной системы удобрения. Общая длина стебля достигла 186 см, технологическая длина -162 см, диаметр стебля — 4,5 мм, количество междоузлий - 6,4 шт. При этом выход волокна достиг 37,4%, прочность волокна—25,4 кгс, общий показатель качества - 109,5; сортономер— 1,4.

5. Бактериально-минерально-органическая система удобрения позволила достичь наибольшей продуктивности обоих севооборотов и наибольшего сохранения гумуса. Продуктивность севооборотов достигла 35,9 и 33,4 ц к.ед./га, баланс гумуса по азоту составил +0,44 и +1,04 т/га.

6. Осадки сточных вод г. Пензы, вносимые в дозах 10-50 т/га, представляют собой органическое удобрите с высоким содержанием макро-и микроэлементов питания растений.

7. Внесение ОСВ г. Пензы в качестве удобрений положительно влияет на агрофизические свойства чернозема выщелоченного: при внесении 30-50 т/га содержание агрегатов повысилось до 77,1-79,8%; коэффициент структурности увеличился до 3,6; водопрочность структуры повысилась на 5-16 % и на 16-26 %.

8. Внесение ОСВ г. Пензы в качестве удобрений не приводит к повышению содержания тяжелых металлов в почве превышающему ПДК. В среднем по опыту содержание N1 возросло на 16-26%, Мп - на 1-43%, С<1 - на 33-62%, гп- 42-68%.

9. Достоверные прибавки урожайности от прямого действия ОСВ на ячмене получены при внесении 30-50 т/га ОСВ, а на яровой пшенице, горохе и гречихе - 40-50 т/га. На вариантах с внесением ОСВ в дозе 50 т/га прибавка урожая относительно контроля составила 23% на яровой пшенице (0,24 т/га), 33% на ячмене (0,42 т/га), 38% на горохе (0,36 т/га) и 47% на гречихе (0,41 т/га). Положительное влияние ОСВ на продуктивность сельскохозяйственных культур сохраняется на второй и на третий годы после их внесения.

10. Использование ОСВ в качестве удобрений экологически безвредно на ячмене, пшенице и горохе. Высокое накопление свинца в зерне гречихи ограничивает применение ОСВ под эту культуру.

11. В полевых севооборотах и севооборотных звеньях на черноземах выщелоченных выявлена и научно обоснована высокая эффективность использования на зеленое удобрение вики посевной, клевера красного, донника желтого, эспарцета песчаного, вики мохнатой, рыжика и сурепицы озимых, вайды красильной и гулявника Лёзеля. В зависимости от продуктивности и содержания в питательных элементов сидеральные культуры аккумулировали ко времени заделки в почву от 134,8 до 244,9 кг/га азота, от 36,4 до 46,3 кг/га фосфора и от 69,8 до 137,9 кг/га калия.

12. Сидеральные пары оказывают положительное биогеоценотическое влияние на элементы плодородия почвы: существенно снижают плотность пахотного слоя по сравнению с неудобренным паром, увеличивают содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов под первой и последующими культурами, изменяют направленность микробиологических процессов, активизируют минерализацию негумифицированного органического вещества, в результате чего замедляется деструкция гумусового фонда и снижается засоренность посевов.

13. Бобовые культуры содержат больше азота (2,23- 2,51 %), чем капустные (1,67 -2,14 %). Наиболее высоким содержанием азота среди бобовых культур выделяются клевер красный - 2,48% (в надземной) и 1,56 % (в корневой массе) и вика мохнатая - 2,48 % и 1,92 % соответственно, среди капустных - гулявник Лёзеля - 2,27% и 1,59 % соответственно.

14. Сидеральные бобово-капустные агрофитоценозы предпочтительнее одновидовых посевов. На выщелоченных чернозёмах лесостепи Среднего Поволжья в бинарных смесях оптимальными компонентами являются вика яровая и редька масличная, вика мохнатая и сурепица озимая (или гулявник Лёзеля).

15. Установлено, что максимальный урожай биомассы сидеральные смеси накапливают в фазе цветения бобовых и начала образования стручков капустных компонентов. Наибольший урожай смеси вики ярой с горчицей белой получен при норме высева 2 млн. шт./га каждого компонента, смеси вики

яровой с редькой масличной при норме высева 1,5 млн. шт./га бобового компонента и 0,8 млн.шт./га капустного компонента. Нормы высева вики мохнатой и сурепицы — 2, 0 и 3,3 млн. шт./га, вики мохнатой и рыжика озимого — 2, 0 и 6,0 млн. шт./га соответственно.

16. В зависимости от состава и норм высева компонентов с биомассой яровых сидеральных смесей в почву поступает 3763 - 4397 кг/га органического углерода, способного к гумификации, и 193,2 - 225,8 кг/га экологически чистого азота; с биомассой озимых сидеральных смесей - от 3161 - 4626 кг/га углерода и 135,2 - 253,6 кг/га азота.

17. В короткоротационных зернопаровых севооборотах положительное действие сидерации проявляется в повышении урожайности и качества последующих зерновых культур. Урожайность озимой пшеницы - первой зерновой культуры возрастает на 6-20%, содержание сырого протеина в зерне на 0,8-1,0%. Отмечено повышение урожайности проса - третьей зерновой культуры на 4,5-13,6%.

18. Самая высокая продуктивность короткоротационного зернопарового севооборота достигается при запашке или дисковании биомассы сидеральных культур и внесении полной нормы минеральных удобрений на планируемый урожай.

19. В связи с высоким отчуждением элементов минерального питания из почвы с урожаем зерновых культур в короткоротационных зернопаровых севооборотах, положительный баланс гумуса получен только на вариантах с применением минеральных удобрений и запашкой соломы зерновых культур.

20. Энергетическая оценка свидетельствует, что производство продукции в исследуемых агроэкосистемах с высокими уровнями биологизации энергетически выгодно. Чистая энергетическая прибыль в 1,2-1,5 раз выше, чем на кошроле.

предложена производству

В лесостепи Среднего Поволжья на черноземе выщелоченном для обеспечения повышения продуктивности и качества продукции культур, сохранения почвенного плодородия предлагается следующий комплекс энергосберегающих и экологически эффективных приемов:

• Применение сидерации — экологически эффективного приема земледелия, способствующего повышению продуктивности культур и стабилизации почвенного плодородия. На черноземах выщелоченных в зависимости от структуры посевных площадей можно применять: сидераты в качестве основной, подсевной или промежуточной культур.

• Набор сидеральных культур - клевер красный, донник желтый, эспарцет песчаный, вику посевную и мохнатую, рыжик и сурепицу озимые, гулявник Лёзеля, вайду красильную - для применения в качестве зеленого удобрения в зависимости от места в севообороте в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия почвы, улучшение её фитосанитарного состояния и качества продукции последующих культур.

• Использование бикомпонентных смесей вики яровой с редькой масличной (1,5 и 0,8 млн. шт./га), вики мохнатой с сурепицей озимой (2,0 и 3,3 млн. шт./га) и вики мохнатой с гулявником Лёзеля (2,0 и 1,0 млн. шт./га) для стабильного обеспечения высокой продуктивности сидерального пара.

• Оптимальные сроки заделки яровых смесей - конец первой декады июля, озимых - первой декады июня. В оптимальные по увлажнению годы рекомендуются как яровые, так и озимые сидеральные смеси. В засушливые годы целесообразнее применять озимые сидеральные смеси.

• Бактериально-органо-минеральную систему удобрения для повышения продуктивности короткоротационных специализированных конопляных севооборотов и сохранения почвенного плодородия.

• Эффективным приёмом повышения урожайности и улучшения качества продукции является инокуляция бактериальными препаратами семян зерновых (ризоагрин - 400 г и мизорин - 600 г на гектарную норму семян) и бобовых (ризоторфин - 400 г на гектарную норму семян) культур. Инокуляция, создавая благоприятные условия для симбиотической деятельности микроорганизмов, повышает урожайность зерновых на 0,20-0,31 т/га, клевера на 0.22- 0,37 т/га.

• Для сохранения почвенного плодородия яри высокой продуктивности зернопаровых севооборотов необходима замена чистого пара на сидераль-ный, запашка или дискование сидератов во время цветения бобового компонента, применение минеральных удобрений под зерновые культуры и заделка измельченной соломы зерновых.

• В целях предотвращения деградации черноземов и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур при сложившемся дефиците органических удобрений рекомендуется использовать ОСВ г. Пензы в удобрительных дозах 30-50 т/га под ячмень, пшеницу и горох при ежегодном контроле миграции солей тяжелых металлов в почве и растениях.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Бойко, А.В.Элементы биологизации растениеводства в лесостепи Поволжья / A.B. Бойко, З.А. Кирасиров, И.Н. Зеленин // Кормопроизводство. -1998. -№9. - С. 12-16.

2. Беляк, В.Б. Эффективность сидеральных смесей / В.Б. Беляк, И.Н. Зеленин, A.B. Чернышев // Земледелие. - 2008. - №4. - С. 28-29.

3. Зеленин, И.Н. Яровые культуры для сидеральных паров / И.Н. Зеленин // Достижения науки и техники АПК. - 2009. - №5. - С. 38-39.

4. Зеленин, И.Н. Влияние элементов агротехники возделывания ячменя нового сорта Лунь на направления его использования / И.Н. Зеленин, Г.В. Шабурова, О.Н. Зеленина // Достижения науки и техники АПК. -2009,-№6.-С. 23-25.

5. Зеленин, И.Н. Эффективные озимые бобово-капустные сидеральные смеси / И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов // Нива Поволжья. - 2009. - №3 (12).-С. 37-41.

6. Зеленин, И.Н. Содержание питательных веществ в зерне ячменя в зависимости от вида сидератов, способов их заделки и норм минеральных удобрений / И.Н. Зеленин, Г.В. Шабурова, О.Н. Зеленина // Нива Поволжья.-2010.-№3 (16).-С. 19-21.

7. Зеленин, И.Н. Агротехнические факторы формирования урожайности и качества ячменя в условиях Пензенской области / И.Н. Зеленин, A.A. Курочкин, Г.В. Шабурова, О.Н. Зеленина // Вестник Алтайского Государственного аграрного Университета. - 2010. - №4 (66). - С. 5-8.

8. Зеленин, И.Н. Влияние элементов агротехники на продуктивность проса и качество зерна / И.Н. Зеленин // Вестник Саратовского государственного университета им. Н.И. Вавилова. - 2011. - №8. - С. 12-14.

9. Зеленин, И.Н. Влияние агротехнических приемов на продуктивность озимой пшеницы и качество зерна / И.Н. Зеленин, В.И.Елисеев, A.A. Курочкин, Г.В. Шабурова // Вестник Алтайского Государственного аграрного Университета. — 2011. -№10. - С. 5-7.

10. Зеленин, И.Н. Эффективность смесей бобово-капустных культур в звене сидеральный пар - озимая пшеница / И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов // Земледелие. - 2011- №8. - С. 38-40.

11. Зеленин, И.Н. Влияние озимых сидеральных смесей на агрофизические свойства почвы / И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов, В.Г. Кривобочек // Вестник Саратовского государственного университета им. Н.И. Вавилова. — 2011. - №12. - С. 19-20.

12. Зеленин, И.Н. Продуктивность культур и баланс гумуса в короткорота-ционном зернопаровом севообороте / И.Н. Зеленин, A.A. Смирнов // Нива Поволжья. - 2012. - №2. - С. 22-26.

13. Зеленин, И.Н. Сидеральные смеси как источник питательных веществ под озимую пшеницу / И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов // Аграрная наука. - 2012. - №4. - С. 19-20.

14. Зеленин, И.Н. Подсевная форма сидерации в условиях лесостепи Среднего Поволжья / И.Н. Зеленин, A.A. Курочкин // Известия Оренбургского государственного университета. - 2012. -№3 (35). - С. 21-23.

15. Зеленин, И.Н. Влияние агротехнических факторов на продуктивность культур в короткоротационном зерновом севообороте / И.Н. Зеленин, A.A. Курочкин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. -№3 (19). - С. 17-20.

монографии, методические указания и практические рекомендации:

16. Концепция развития биологического земледелия в Пензенской области. Применение удобрений в биологическом земледелии / В.Б. Беляк, А.П. Охрименко, З.А. Кирасиров, И.Н. Зеленин, A.B. Бойко. - Пенза, 1994. -С. 22-27.

17. Практическое руководство по применению сидерации в Пензенской области / В .Б. Беляк, И.Н. Зеленин, A.A. Смирнов, A.B. Чернышев. - Пенза, 2005. - 25 с.

18. Возделывание среднерусской однодомной конопли в лесостепи Среднего Поволжья: Практические рекомендации. / В.А. Серков, О.Н. Зеленина, A.A. Смирнов, И.И. Плужникова, C.B. Сальников, И.Н. Зеленин. -Пенза: РИО ПГСХА, 2011.- 40 с.

19. Биологические пути повышения плодородия черноземов выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья: монография / И.Н. Зеленин. - Пенза: РИО ПГСХА, 2013. - 240 с.

статьи в материалах международных и всероссийских конференций:

20. Беляк, В.Б. Экологически сбалансированные системы удобрения севооборотов различной интенсификации в Среднем Поволжье / В.Б. Беляк , И.Н. Зеленин // Деградация почвенного покрова и проблемы агроланд-шафтного земледелия: тезисы докладов I Международной конференции; Ставрополь. 2001. - С. 34-38.

21. Беляк, В.Б. Бобово-капустные смеси в сидеральных парах лесостепи Среднего Поволжья / В.Б. Беляк, И.Н.Зеленин, A.B. Чернышов // Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений: материалы IV Международной науч.-практич. конференции; Ульяновск, 24-28 июня 2002 г. - Ульяновск, 2002. - Т. 1. - С. 64-66.

22. Зеленин, И.Н. Влияние сидерального удобрения на урожай зерновых культур в лесостепной зоне Среднего Поволжья / И.Н. Зеленин // Проблемы плодородия почв на современном этапе развития: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза, 2002. С. 110-112.

23. Зеленин, И.Н. Биологические ресурсы повышения плодородия выщелоченных черноземов Среднего Поволжья / И.Н. Зеленин // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию Самарского НИИСХ имени Н.М. Тулайкова и 70-летию Поволжского НИИСХ им. П.Н. Константинова, Самара. 2003. - С. 154-155.

24. Зеленин, И.Н. Эффективность сидеральных паров в Среднем Поволжье

/ И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: сб. материалов Международной научно-практической конференции; Пенза - Нейбранденбург, 2003. - С. 154155.

25. Беляк, В.Б. Роль однолетних сидератов в воспроизводстве плодородия в условиях Среднего Поволжья / В.Б. Беляк, И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов // Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур: материалы IX Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза. 2005. -С. 119-120.

26. Зеленин, И.Н. Агроэкологнческая роль сидеральных смесей в повышении урожайности озимой пшеницы / И.Н. Зеленин, A.B. Чернышов // Экологические функции агрохимии в современном земледелии: мате-

риалы Всероссийского совещания Географической сети опытов с удобрениями; ВИУА, 27-28 февраля 2008 г. - М. 2008. - С. 80-82.

27. Зеленин, И.Н. Качество и технологические свойства зерна ячменя в зависимости от условий возделывания / И.Н. Зеленин, Г.В. Шабурова, О.Н. Зеленина // Инновационные технологии в пищевой промышленности и агропромышленном комплексе: материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Пенза, 2011.-С. 66-71.

статьи в сборниках:

28. Охрименко, А.П. Некоторые особенности возделывания конопли на черноземах Среднего Поволжья / А.П. Охрименко, З.А. Кирасиров, К.А. Макаров, И.Н. Зеленин, A.B. Бойко // Вопросы совершенствования сельскохозяйственного производства: Сб. научных трудов, ч. 1, Пенза, 1995. -С.95-105.

29. Зеленин, И.Н. Некоторые элементы экологически сбалансированной технологии выращивания ячменя в Среднем Поволжье / И.Н. Зеленин, З.А. Кирасиров // Тезисы докладов научной конференции Пензенской СХА, Пенза, 1995.-С.76-78.

30. Зеленин, И.Н. Влияние осадков сточных вод г. Пензы на урожайность основных сельскохозяйственных культур / И.Н. Зеленин, С.П. Ломов, З.А. Кирасиров // «Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства», Пенза, 1997.-С. 16-17.

31. Зеленин, И.Н. Эффективность систем удобрений в специализированном конопляном севообороте / И.Н. Зеленин // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. — Пенза. 1997 - С. 41-42.

32. Ломов, С.П. Влияние осадков сточных вод г. Пензы на повышение плодородия черноземов / С.П. Ломов, З.А. Кирасиров, Ю.А. Ильвачев, И.Н. Зеленин // Сб. науч. статей Пензенской государственной сельскохозяйственной академии. Агрономический факультет. - Пенза. 1998.- С. 2527.

33. Зеленин, И.Н. Эффективность систем удобрений в севооборотах разной интенсивности / И.Н. Зеленин // Вопросы интенсификации с.-х. производства в исследованиях ПензНИИСХ. — Пенза. 1999. - С.66-73.

34. Ломов, С.П. Агрофизические свойства черноземов выщелоченных при использовании склоновых земель / С.П. Ломов, И.Н. Зеленин, С.П. Вой-танник // Вопросы интенсификации с.-х. производства в исследованиях ПензНИИСХ. - Пенза. 1999. - С. 73-82.

35. Ломов, С.П. Изменение агрофизических свойств черноземов при использовании склоновых земель в сельском хозяйстве / С.П. Ломов, И.Н. Зеленин, С.П. Войтанник, А.Н. Арефьев Ч Современные проблемы науки в АПК. Агрономия: материалы научной конференции профессорско-

преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. -Пенза. 1999. - С.44-46.

36. Ломов, С.П. Вынос тяжелых металлов с урожаем при внесении осадков сточных вод г. Пензы в качестве органических удобрений / С.П. Ломов, И.Н. Зеленин, С.П. Войтанник // Современные проблемы науки в АПК. Агрономия: материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. -Пенза. 1999-С.47-49.

37. Зеленин, И.Н. Эффективность систем удобрений в севооборотах различной интенсивности / И.Н. Зеленин // Современные проблемы науки в АПК. Агрономия: материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. -Пенза. 1999.-С. 187-188.

38. Шабурова Г.В. Особенности микробиологического режима выщелоченного чернозема при использований различных систем удобрений / Г.В. Шабурова, И.Н Зелении // Современные проблемы науки в АПК. Агрономия: материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства. - Пенза. 1999. -С. 190-192.

39. Кирасиров, З.А Элементы почвозащитной системы земледелия на эродированных черноземах / З.А. Кирасиров, A.B. Бойко, И.Н. Зеленин // Развитие адаптивных почвозащитных систем земледелия в Поволжье: материалы науч.-практич. конференции, посвященной 90-летию со дня рождения академика А.И. Бараева; Саратов, НИИСХ Юго-Востока, 7-8 июля 1998 г. - Саратов. 1999. - С. 115-116.

40. Зеленин, И.Н. Влияние осадков сточных вод на урожайность сельскохозяйственных культур и агрофизические свойства чернозёма выщелоченного / И.Н. Зеленин // Сб. науч. тр. К 100-летию Пензенского научно-исследовательского института сельского хозяйства. - Пенза. 2009. — Т. 1. - С. 48-54.

41. Зеленин, И.Н. Экологические сбалансированные системы воспроизводства почвенного плодородия и применения удобрений на чернозёмах Пензенской области / И.Н. Зеленин // Сб. науч. тр. К 100-летию Пензенского научно-исследовательского института сельского хозяйства. - Пенза. 2009.-Т. 1.-С. 170-175.

42. Зеленин, И.Н. Яровые сидерапьные смеси как средство повышения продуктивности озимой пшеницы / ИЛ. Зеленин, A.B. Чернышов // Сб. науч. тр. К 100-летию Пензенского научно-исследовательского института сельского хозяйства. - Пенза. 2009. -Т. 1. - С. 224-236.

43. Чернышов, A.B. Озимые бобово-капустные смеси на зелёное удобрение в условиях лесостепи Среднего Поволжья / A.B. Чернышов, И.Н. Зеленин// Сб. науч. тр. К 100-летию Пензенского НИИСХ, 2009, Т. 1. -С. 245-254.

Подписано в печать 17.01.13. Объем 2,51 усл. п.л. Тираж 100 экз.

_Заказ № 12.__

Отпечатано с готового оригинал-макета в мини-типографии. Свидетельство № 5551. 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Зеленин, Игорь Николаевич, Пенза

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

Государственное научное учреждение

ПЕНЗЕНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ В СЕВООБОРОТЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

На правах рукописи

05201350527

ЗЕЛЕНИН ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Пенза-2013

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................5

1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ....................................................................................................................................13

1.1 Севообороты как биологический фактор в земледелии....................^

1.2 Биологизация систем удобрения............................................................................I у

1.3 Сидерация как источник органического вещества................................27

1.4 Способы заделки сидератов........................................................................................39

1.5 Изменение плодородия почв под влиянием сидеральных куль-

^Р................................................................................. 43

1.6 Влияние сидерации на урожайность и качество

продукции растениеводства................................................. ^

1.7 Применение ОСВ в качестве удобрений............................. ^

2 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ?0

2.1 Краткая характеристика региона исследования..................... 70

2.2 Почвенно-климатические условия.....................................

2.3 Объекты исследований и схемы опытов.............................. £0

3 ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ КОНОПЛЯНЫХ СЕВООБОРОТАХ............... 88

3.1 Продуктивность специализированных конопляных севооборотов в зависимости от систем удобрений..................................

3.2 Оценка влияния интенсивности конопляных севооборотов и систем удобрений на побочную продукцию.............................

3.3 Оценка поступления питательных элементов в почву............ ду

3.4 Биологическая активность почвы......................................

3.5 Влияние систем удобрения на физико-химические свойства

почвы............................................................................ 105

3.6 Технологические качества соломки конопли в специализированных севооборотах в зависимости от систем удобрений.......... 2 09

3.7 Баланс воспроизводства гумуса....................................... Л2

4 ПРИМЕНЕНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД г. ПЕНЗЫ В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ......................... 115

4.1 Агрохимическая характеристика ОСВ................................ 215

4.2 Влияние ОСВ на содержание тяжелых металлов в черноземе выщелоченном.................................................................. цу

4.3 Влияние ОСВ на агрофизические свойства черноземов выщелоченных........................................................................ 220

4.4 Влияние ОСВ на урожайность зерновых культур и содержание тяжелых металлов в растениеводческой продукции............. 4

5 ПОДБОР СИДЕРАЛЬНЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ................................................... 129

5.1 Накопление биомассы сидеральными культурами................. 2 з о

5.2 Содержание питательных веществ в биомассе сидеральных

культур......................................................................................................................................................232

5.3 Количество питательных веществ, поступающих в почву..............234

5.4 Изменение свойств почвы под влиянием сидератов..............................|37

5.5 Продуктивность зернопарового севооборота в зависимости от вида сидерального пара............................................................................................................142

5.6 Баланс гумуса зернопарового севооборота в зависимости от

вида сидерального пара............................................................................................................244

6 СИДЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ... 148 6.1 Формирование бобово-капустных сидеральных агроценозов... 249 6.2Динамика накопления биомассы сидеральных смесей........................161

6.3 Накопление элементов питания и трансформация органического вещества сидеральных смесей............................................................................169

6.4 Изменение свойств почвы под влиянием

сидеральных смесей..........................................................

6.5 Биологическая активность почвы в зависимости от сидеральных смесей......................................................................................................................I

6.6 Влияние сидеральных смесей на урожайность и качество

зерна озимой пшеницы..............................................................................................................^ ^

7 БИОЛОГИЗАЦИЯ КОРОТКОРОТАЦИОННОГО ЗЕРНОПАРОВОГО СЕВООБОРОТА........................................................................204

7.1 Продуктивность сидеральных паров....................................................................204

7.2 Урожайность зерновых культур зернопарового севооборота... 207

7.3 Влияние элементов агротехники на качество продукции..................213

7.4 Влияние элементов агротехники на свойства почвы............................221

7.5 Баланс гумуса в зернопаровом севообороте в зависимости от элементов агротехники..............................................................................................................229

8 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАКТОРОВ БИОЛОГИЗАЦИИ........................................................................................237

8.1 Энергетическая эффективность систем удобрения в специализированных конопляных севооборотах........................................................................238

8.2 Энергетическая оценка применения ОСВ г. Пензы................................240

8.3 Энергетическая оценка применения сидератов........................................243

8.4 Энергетическая и агроэкологическая эффективность применения сидеральных смесей............................................................................................................245

8.5 Энергетическая, агроэкологическая эффективность биоло-гизации короткоротационного зернопарового севооборота 251

ВЫВОДЫ....................................................................................................................................................261

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ........................................................................264

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..........................................267

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................................................................334

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Реформирование агропромышленного комплекса страны и переход на рыночные отношения привели к экстенсифи-кации земледелия. Научно-обоснованные системы земледелия часто не применяют. Структура посевных площадей нарушается, не соблюдаются севообороты, не используются резервы пополнения почвы органическим веществом и элементами питания (Сычов В.Г., 2008).

При существующей структуре посевных площадей, системе севооборотов, применяемых агротехнических мероприятиях и уровнях урожайности сельскохозяйственных культур поступление органического вещества с корневыми и пожнивными остатками, а также вносимое количество органических удобрений не восполняют потерь гумуса при его минерализации (Есь-ков А.И., 2008, Воробьев С.А., Лошаков В.Г., 1996).

В результате за последние десятилетия содержание гумуса в почвах значительно снизилось. Особенно интенсивно этот процесс происходит в высоко-гумусированных черноземных почвах лесостепи Среднего Поволжья, на долю которых в Пензенской и Ульяновской областях приходится 78 и 65 % сельхозугодий, в лесостепной зоне Самарской и Саратовской областей соответственно 71 и 47%.

Широкое применение биологических факторов повышения плодородия почвы в современных условиях также является выходом из сложившейся ситуации.

должны полностью подменять антропогенное воздействие, а лишь снижать его негативное действие и предотвращать дальнейшую деградацию почвы.

В связи с этим, в современном земледелии актуальны работы по научному обоснованию применения элементов биологизации для воспроизводства плодородия почвы на основе повышения протекающих в ней биологических процессов, уменьшения степени её деградации и сохранения агрономических свойств.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научно-теоретическом обосновании приемов сохранения плодородия выщелоченных черноземов при получении высоких урожаев за счет оптимизации систем удобрения в севооборотах, а также использования в качестве удобрения ОСВ г. Пензы, подборе сидеральных культур, их смесей и способов их использования в полевых севооборотах, разработке и совершенствовании технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общей продуктивности севооборотов.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи: •изучить влияние различных систем удобрения на агрофизические и водно-физические свойства почвы, биологическую активность почвы и обеспеченность посевов элементами питания в специализированных конопляных севооборотах;

•оценить действие различных систем удобрений на урожайность и качество продукции в специализированных конопляных севооборотах;

•определить продуктивность севооборотов с разной степенью насыщения коноплей при различных системах удобрений (уровнях биологизации), дать энергетическую оценку при использовании средств биологизации;

•выявить возможности применения ОСВ г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепной зоны Среднего Поволжья в качестве удобрений;

•изучить влияние удобрительных доз ОСВ (10-50 т/га) на агрофизические свойства черноземов выщелоченных;

•установить эффективность действия и последействия ОСВ на рост растений, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;

•определить для условий региона набор наиболее продуктивных и адаптированных сидеральных культур при возделывании в сидеральных парах на черноземах выщелоченных;

•установить влияние сидеральных культур на агрофизические, агрохимические показатели и биологическую активность почвы;

•подобрать наиболее эффективные сидеральные смеси и нормы высева их компонентов, обеспечивающие повышение плодородия почвы, определить количество и удобрительную ценность поступающей в почву сидераль-ной органической массы;

•оценить влияние зеленого удобрения на урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;

•определить баланс гумуса за ротацию зернопарового севооборота; •изучить влияние различных видов сидерации на общую продуктивность и энергетическую эффективность севооборотов;

•разработать и предложить производству комплекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранение плодородия почв в севооборотах с сидеральными парами.

Доказана возможность применения осадков сточных вод г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья в качестве удобрений. Исследовано влияние ОСВ на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства а также на урожайность сельскохозяйственных культур. Подобраны экологически безвредные нормы внесения ОСВ. Определены культуры, дающие экологически безопасную продукцию при возделывании с ОСВ.

В результате многолетних исследований установлен набор сидераль-ных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия почвы, улучшение её фитосанитарного состояния и качества продукции последующих культур севооборота.

Дана сравнительная оценка чистых и сидеральных паров в севооборотах при различных системах удобрения.

Установлены агроэкологическая, экономическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации.

Разработаны приемы совершенствования технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общую продуктивность севооборота.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании многолетних исследований производству реко-

мендованы системы удобрения, снижающие вредные антропогенные воздействия на почву и культурные растения.

На основании скрининга предложены культуры, положительно реагирующие на внесение ОСВ в качестве удобрений и обеспечивающие при этом получение экологически безвредной продукции.

Определена высокая агротехническая, экономическая, энергетическая и экологическая эффективность сидерации в севооборотах на черноземах выщелоченных.

Разработаны и предложены научно-обоснованные приемы активизации почвенных биологических процессов в севооборотах с разными уровнями биологизации. Обоснована роль сидеральных паров, применение на удобрение побочной продукции.

Разработанные ресурсосберегающие приемы технологии возделывания сидеральных культур обеспечивают биологизацию и экологизацию растениеводства, воспроизводство плодородия почвы, экономию материально-технических средств и получение высококачественной продукции.

Основные положения, выносимые на защиту: • биологизированная система удобрений в специализированных конопляных севооборотах в лесостепи Среднего Поволжья, способствующая повышению их продуктивности при сохранении плодородия пахотных почв;

• влияние осадков сточных вод на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства а также на урожайность сельскохозяйственных культур;

• особенности формирования смешанных агрофитоценозов бобово-капустных сидеральных культур;

• технологические приемы повышения эффективности короткоротаци-онного зернопарового севооборота, включающие применение органических (сидеральные культуры) и минеральных удобрений, способы заделки сидера-тов, обеспечивающие сохранение и повышение плодородия почв, повышение урожайности полевых культур;

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на ежегодных отчётах ГНУ Пензенский НИИСХ (1993-2011 гг.); Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: I Международной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия» (Ставрополь, 2001), IV Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы плодородия почв на современном этапе развития» (Пенза, 2002), меж

Информация о работе

Зеленин, Игорь Николаевич
доктора сельскохозяйственных наук
Пенза, 2013
ВАК 06.01.01

Диссертация

Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы