Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья

Обущенко, Сергей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья
ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья"

На правах рукописи

Обущенко Сергей Владимирович

Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья

Специальность 06.01.01— общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук

! 3 Ф^З 2014

005545106

Кинель 2014

005545106

Работа выполнена в государственном научном учреждении «Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук, профессор

академик РАСХН Чекмарев Петр Александрович

Официальные оппоненты: Морозов Владимир Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Ульяновская

государственная

сельскохозяйственная академия

имени П.А. Столыпина, профессор кафедры земледелия Дубачинская Нина Никоноровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник НИЧ Оренбургский государственный аграрный

университет.

Хадеев Тахир Галимзянович доктор сельскохозяйственных наук, руководитель филиала ФГБУ «Российский сельскохозяйственный центр по Республике Татарстан», г. Казань.

Ведущая организация ГНУ "Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» Россельхозакадемии

Защита состоится 25 февраля 2014 г. в 10°° час. на заседании диссертационного совета ДМ220.058.01 ФГБОУ ВПО Самарская государственная сельскохозяйственная академия по адресу: 446442, Самарская область, г.о. Кинель, п.г.т. У сть-Кинельский, ул. Учебная, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Самарская государственная сельскохозяйственная академия"

Автореферат разослан "24 " января 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного совета профессор

Марковская Галина Кусаиновна

Общая характеристика работы

Одной из особенностей современного земледелия является усиление негативного антропогенного влияния на почву, связанного с нерациональным использованием пашни, сокращением применения органических и минеральных удобрений, интенсивными механическими обработками почвы. В этих условиях отмечается усиление процессов эрозии, некомпенсируемой минерализации гумуса, ухудшение агрохимических и агрофизических свойств почвы, нарушается баланс питательных веществ.

Особое значение приобретают энергосберегающие технологии в сочетании с биологическими методами воспроизводства почвенного плодородия: использование на удобрение зелёной массы сидеральных культур, соломы зерновых культур, увеличение посевов зернобобовых культур и многолетних трав.

Исследования выполнена в Самарском НИИСХ в соответствии с государственной программой "Плодородие".

Исследования выполнялись по теме: «Разработка системы адаптивного растениеводства на основе проведения многолетних исследований и мониторинга плодородия почв черноземной степи Среднего Заволжья» (04.66.01.01), а также по теме «Разработка эффективных низкозатратных технологий возделывания зерновых культур, обеспечивающих эффективное использование природных, биологических и техногенных ресурсов, воспроизводство почвенного плодородия, высокую рентабельность, получение высококачественной продукции» (04.02.04.01).

формирование проектных урожаев сельскохозяйственных культур на разных по интенсивности использования пашни агрофонах.

При проведении исследований предусматривалось решить следующие задачи:

— оценить состояние плодородия почвы и продуктивности пашни Самарской области за период с 1964 по 2010 годы и её динамику на основе мониторинга тестовых полигонов и реперных участков плодородия земель сельскохозяйственного назначения;

— изучить особенности роста и развития сельскохозяйственных культур, пищевого режима в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования пашни, определить потенциальную продуктивность и качество продукции зерновых культур;

— разработать биологизированные системы воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья с разной специализацией;

— выявить особенности формирования основных элементов почвенного плодородия и предложить оптимальные варианты строения пахотного слоя в полевых севооборотах с разными технологическими комплексами возделывания сельскохозяйственных культур;

— установить степень окупаемости затрат, экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур на разных агрофонах и в технологиях, обеспечивающих воспроизводство почвенного плодородия;

— предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);

— предложить комплекс приёмов воспроизводства почвенного плодородия в современных ресурсоэкономных технологических комплексах нового поколения.

Научная новизна работы. Проведён агроэкологический мониторинг состояния почвенного плодородия земель в разных природных зонах Самарской области. Изучена динамика почвенного плодородия в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования минеральных удобрений в сочетании с биологическими средствами воспроизводства почвенного плодородия, направленными на увеличение содержания органического вещества в почве (солома, сидераты, посевы многолетних трав). Разработана концепция управления воспроизводством почвенного плодородия в полевых севооборотах степных районов Среднего Заволжья.

Основные положения, выносимые на защиту:

- длительное сельскохозяйственное использование земель при ограниченном применении минеральных и органических удобрений приводит к снижению содержания гумуса, ухудшению агрохимических, водно-физических и других свойств почвы, уменьшается урожайность сельскохозяйственных культур;

- научное обоснование систем воспроизводства плодородия почв в полевых севооборотах разного сельскохозяйственного назначения;

- оптимальные уровни насыщения удобрениями зернопарового, сидерального и зернотравяного севооборотов, обеспечивающие максимальную реализацию почвенных ресурсов и стабилизацию плодородия чернозёмных почв Среднего Заволжья;

- обоснование и разработка приемов воспроизводства почвенного плодородия в современных энергоэкономных технологических комплексах возделывания сельскохозяйственных культур;

- роль новых высокоурожайных сортов и технологий их возделывания в использовании питательных веществ удобрений и почвенно-климатических ресурсов региона;

- агроэкономическая и биоэнергетическая эффективность воспроизводства почвенного плодородия в севооборотах различного сельскохозяйственного назначения;

- агроэкологическая концепция воспроизводства плодородия чернозёмов Среднего Заволжья при комплексном использовании средств интенсификации и биологизации земледелия.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Использование полученных результатов позволит:

- реализовать принципиально новые комплексные меры сохранения и расширенного воспроизводства почвенного плодородия при переходе на современные методы ведения растениеводства;

- предложить на основе мониторинга плодородия земель микрозональное районирование приёмов воспроизводства почвенного плодородия на примере Самарской области;

- прогнозировать интенсивность почвенных процессов и направленно регулировать продуктивность культур с учётом экономической целесообразности и ресурсной обеспеченности хозяйств;

- предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);

- предложить комплекс приёмов воспроизводства почвенного плодородия в современных ресурсоэкономных технологических комплексах нового поколения.

Производственная проверка результатов исследований проводилась в Самарской области в СПК "Дружба" Кошкинского района на площади 13,5 тыс.га с экономическим эффектом 16,9 млн.руб. и ООО АФК "Культура" Безенчукского района на площади 1771 га, при рентабельности производства зерна 17%.

сельского хозяйства РФ и Самарской области, международной научно-практической конференции "Землям сельскохозяйственного назначения -рациональное использование", Самара, 2012 г.

Опубликовано 41 научная статья, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК - 16 статей.

Структура и объём диссертации. Состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству. Работа выполнена на 323 стр. компьютерного текста, содержит 90 таблиц, 25 рисунков. Список использованной литературы включает 307 наименований, из них 11 -иностранных авторов.

Содержание работы

Условия и методика проведения исследований. Центральная и южная степная зоны Среднего Заволжья характеризуются континентальным климатом с резкими колебаниями температур от зимы к лету (от -40 °С зимой до +35 - 37 °С летом) с суммой суточных температур более 10 °С — 2600-2700 °С. и ГТК вегетационного периода - 0,6-0,8.

В центральной зоне выпадает 400-450 мм осадков, в южной - 300-350 мм, в северной - 400-580 мм.

Исследования по обоснованию систем воспроизводства почвенного плодородия в севооборотах с разным уровнем интенсивности использования пашни, влиянию севооборотов с разными технологическими комплексами на плодородие почвы, продуктивность и экономическую эффективность, ресурсного потенциала новых сортов, проводились на полях отдела земледелия и новых технологий Самарского НИИСХ.

Почва опытного участка - чернозём обыкновенный среднесуглинистый, переходный к южному с содержанием гумуса в пахотном слое - 3,94-4,08 %, гидролизуемого азота - 89,2-92,7 мг/кг почвы, подвижного фосфора 140-160 и обменного калия -280 мг на кг почвы.

Погодные условия в годы исследований (1996-2009гг.) отмечались большим разнообразием по температурному режиму и осадкам.

Повышенная температура воздуха в период вегетации отмечена в мае 2005, 2006, 2007, 2008 года.

Недобор осадков против многолетней нормы наблюдался в 1998, 2001, 2005, 2007 и 2008 годах.

Опыты проводились в трёх короткоротационных севооборотах развёрнутых во времени и в пространстве:

— в зернопаровом: пар чистый - озимая пшеница - яровая пшеница -ячмень;

— в зернопаропропашном (сидеральном): пар сидеральный — яровая пшеница — кукуруза - яровая пшеница;

— в зернотравяном: многолетние травы первого года пользования — многолетние травы второго года пользования - яровая пшеница - ячмень с подсевом многолетних бобовых трав (люцерна, эспарцет).

Исследования проводились при четырёх уровнях интенсивности использования пашни:

- контроль (без удобрений и химических средств защиты растений);

- минимальный (солома злаковых на удобрение, рядковое удобрение -Р]0.15; прикорневая подкормка озимых - N30; средства защиты растений - при достижении экономического порога вредоносности;

средний общепринятый (дозы удобрений с учётом возмещения выноса питательных веществ удобрений фактически получаемым урожаем, использование соломы на удобрение, средств защиты растений - при достижении экономического порога вредоносности);

- интенсивный (дозы минеральных удобрений под урожай на уровне биоклиматического потенциала продуктивности пашни + солома на удобрение + припосевное рядковое удобрение + прикорневые подкормки ]М3о+СЗР при достижении экономического порога вредоносности);

Площадь делянок - 720 м2, повторность - трёхкратная, размещение делянок - последовательное.

Исследования по изучению влияния строения пахотного слоя, сформированного разными системами обработки, проводились в севообороте: пар чёрный - озимая пшеница - яровая пшеница - просо -яровая пшеница — яровая пшеница.

Изучались следующие системы обработки почвы:

1 - Вспашка на 25-27 см. по все культуры;

2 - Дифференцированная I - вспашка черного пара на 25-27 см, под яровые зерновые — минимальная обработка на 10-12 см;

3 - Дифференцированная II - вспашка черного пара на 25-27 см, под яровые зерновые без осенней обработки (прямой посев);

4 - Дифференцированная III - рыхление черного пара на 28-30 см чизелем, под яровые зерновые минимальная обработка на 10-12 см;

5 - Дифференцированная IV - рыхление черного пара на 28-30 см чизелем, под яровые зерновые без осенней обработки;

6 - Постоянная минимальная обработка на 10-12 см комбинированным пахотным агрегатом;

7 - Без осенней обработки под все культуры (прямой посев).

Посевы сельскохозяйственных культур в севообороте проводились на фоне ежегодного применения минеральных удобрений в дозах N40P40K40 В качестве органических удобрений использовалась измельчённая солома озимой и яровой пшеницы.

Агрохимические показатели почвенного плодородия в разных ресурсосберегающих технологических комплексах длительного применения изучались в семипольном зернопаровом севообороте с чередованием культур: пар чёрный - озимая пшеница — просо — яровая пшеница — горох+овес (сидераты) - яровая пшеница - ячмень.

Исследования проводились в трех полях севооборота — черный пар, горох+овес (сидераты), ячмень (заключительное поле) в 4-х технологических комплексах: традиционный с постоянной вспашкой на 20-22 см под все культуры (контроль); ресурсосберегающий с дифференцированной

обработкой почвы: безотвальным рыхлением в чистом пару и под посевы сидератов на 25-27 см, под яровые зерновые на 10-12 см; ресурсосберегающий с минимальной обработкой почвы: на 10-12 см под все культуры севооборота; ресурсосберегающий с дифференцированной обработкой: безотвальным рыхлением на 25-27 см под горохо-овсяную смесь и без осенней обработки под яровые зерновые культуры.

В опытах проводили следующие анализы, наблюдения и учёты:

- фенологические наблюдения — согласно Методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985);

- влажность почвы термостатно-весовым методом, ГОСТ 282687-89;

- минеральный азот (нитратный азот — ионометрическим методом в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26951-86, аммонийный азот - определение обменного аммония в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26489-85);

- подвижный фосфор (по методу Чирикова, ГОСТ 26204-91, по методу Мачигина, ГОСТ 26205-91);

- обменный калий (по методу Чирикова, ГОСТ 26204-91, по методу Мачигина, ГОСТ 26205-91);

- гумус в % (по методу Тюрина, ГОСТ 26213-91);

- определение гидролитической кислотности (по методу Каппена в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26212-91);

- определение рН солевая ( по методу ЦИНАО, ГОСТ 26483-85);

- определение обменного кальция и магния (комплексонометрический метод, ГОСТ 26485-85);

- вынос питательных веществ - расчётным путём на основе данных по химическому составу и урожаю основной и побочной продукции;

- структура урожая - по методике Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985);

- определение количества и качества клейковины, ГОСТ 27839-88;

- физические характеристики теста, ГОСТ Р 51415-99; ГОСТ Р 51404-99;

- пробная лабораторная выпечка хлеба, ГОСТ 27669-88;

- учёт урожая - методом сплошной уборки учётной площади делянки прямым комбайнированием "Сампо-500";

- экономическая эффективность изучаемых агроприёмов - в соответствии с «Рекомендациями по определению экономической эффективности использования научных разработок в земледелии», 1998;

- биоэнергетическая эффективность рассчитывалась в соответствии с методикой В.М. Володина по оценке эффективности систем земледелия на биоэнергетической основе;

- статистическая обработка результатов исследований проведена по Доспехову (1985).

Технология проведения полевых работ. Основная обработка почвы под озимые и яровые зерновые культуры проводилась согласно схемам опыта.

3. Динамика плодородия почв Самарской области

По данным станции агрохимической службы "Самарская" площади очень слабогумусированной пашни с 1987 года увеличились на 98,7-123,6 тыс.га. Площади слабогумусированной пашни возросли с 545,6 тыс. га (19,3%) до 1117,5-1132 тыс. га (39,4-40,0%). Сократились площади пашни со среднегумусным и высокогумусным содержанием. В среднем за период с 1993 по 2010 год площади очень слабо- и слабогумусированной пашни с содержанием гумуса от 2 до 4% возросли на 600 тыс. га. Средневзвешенное содержание гумуса на обследованных площадях снизилось с 5,40 в 1987 году до 4,22% (на 29%) в 2010 году.

За период с 1986 года для создания бездефицитного баланса гумуса необходимая доза внесения органических удобрений колеблется от 3,2 т/га до 5,1 т/га ежегодно. Фактически за этот период на 1 га пашни вносилось всего 0,1-0,3 т/га.

Обеспеченность почв подвижными фосфатами и баланс фосфора в пахотных почвах.

Площади с низким и очень низким содержанием подвижного фосфора в почве за период 1969-1985 гг. составили 33,1-34,2%.

Повышение культуры земледелия, увеличение производства и применения удобрений в период с 1986 по 1991 гг. позволило уменьшить удельный вес малопродуктивных земель к VI циклу обследования до 15,717,0%.

Довольно стабильными в годы наблюдений оставались площади пашни со средним и повышенным содержанием Р205 (от 51,9% в 1964-1968 гг. до 58,2% в 1986-1991 гг.).

Почвы с высоким и очень высоким содержанием подвижных фосфатов составили 15 %.

Изменение содержания обменного калия и его баланс в пахотных почвах области. Средневзвешенное содержание обменного калия в почве по результатам шестого тура обследований установлено на уровне 136 мг/кг (V группа обеспеченности по Чирикову) и 450 мг/кг (V группа обеспеченности по Мачигину).

Площади почв с высокой обеспеченностью калием составляли 61,1% от обследованной, со средней и повышенной — 37,6%.

Баланс питательных веществ в пахотных почвах Самарской области. Согласно полученным данным близким к уравновешенному был баланс азота, фосфора и калия в период 1986-1989 гг. При общем выносе питательных веществ 269,9-325,2 тыс.т д.в. внесение удобрений в эти годы составило 284,1-311,4 тыс.т д.в., в том числе: азота - 115,4-138,3 тыс.т д.в., фосфатов - 95,6-96,4 и калия - 72,8-76,7 тыс.т д.в.

4. Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах при разных уровнях интенсивности использования пашни

В исследованиях получены нормативы изменения гумусового состояния почв и нормы реакции сельскохозяйственных культур на факторы интенсификации в севооборотах с различным составом культур, использованием сидератов, многолетних трав и применением удобрений.

4.1 Воспроизводства почвенного плодородия в зернопаровом севообороте

Урожайность сельскохозяйственных культур. В зернопаровом севообороте наиболее продуктивна озимая пшеница. В благоприятные для роста и развития растений годы (1999-2002 гг.) урожайность по вариантам опыта составила 2.82-4,24 т/га, в неблагоприятные (2006-2008 гг.) - 1,44-2,64 т/га (табл. 1).

1. Влияние минеральных удобрений на урожай культур зернопарового севооборота, т/га (среднее за 1999-2008 гг.)

Уровни интенсивности использования пашни Культуры

Озимая пшеница Яровая пшеница Ячмень

Без удобрений 2,72 1,56 2,00

Минимальный 2,97 1,71 2,27

Средний 3,14 1,87 2,78

Интенсивные 3,16 1,86 2,97

НСР, 0,5 т/га 0,11-0,37 0,06-0,19 0,15-0,34

Применение удобрений позволило уменьшить зависимость урожаев культуры от погодных условий. Прибавки урожаев озимой пшеницы от применения средних (общепринятых доз) удобрений в годы исследований составили 0,42 т/га (15,4 %).

В среднем за годы исследований урожай зерна яровой пшеницы без удобрений составил 1,56 т/га, в благоприятные по погодным условиям годы и. по удобренному фону - 2,35-2,96 т/га.

Несмотря на высокое естественное плодородие обыкновенных чернозёмов (продуктивность ячменя на контроле получена на уровне 2,00 т/га), прибавки его урожаев от удобрений составили в годы исследований от 0,29 до 1,00 ц/га.

Плодородие обыкновенных чернозёмов при систематическом применении удобрений в зернопаровом севообороте. Установлено, что без применения органических удобрений или при недостаточном поступлении в почву биомассы из других источников, содержание гумуса в почве снижалось.

За 12 лет без применения удобрений убыль гумуса составила 12,9 т/га или 1,075 т/га ежегодно. На удобренных делянках сохраняется более высокий уровень гумусированности по всем вариантам опыта. Наиболее высокие показатели отмечены при внесении за ротацию севооборота припосевного, рядкового удобрения (N45^45), подкормки озимых (N30) и основного удобрения под культуры севооборота (МноРцоКцо и М^оРыоКно)-

Установлено, что в зернопаровом севообороте без удобрений ежегодное естественное восстановление гумуса в годы исследований составило 0,584 т/га.

Влияние минеральных удобрений на содержание гумуса происходит за счёт большего накопления ПКО на удобренных вариантах. За три ротации севооборота поступление органических остатков в почву при внесении удобрений превышало контрольный вариант на 2,8-8,6 т или на 0,2-0,7 т/га ежегодно. При этом восстановление гумуса возросло с 0,584 т/га до 0,6190,691 т/га.

Коэффициент ежегодной убыли гумуса в проведённых опытах составил от 0,87 % на контрольном варианте до 0,67 % при среднем общепринятом уровне интенсивности использования пашни. Согласно

расчётам при содержании в почве 4,11% гумуса в зернопаровом севообороте равновесный баланс гумуса создаётся при внесении в почву 8-10 т/га навоза ежегодно.

Баланс азота. В наших исследованиях потребление азота из почвы и удобрений зависело, в основном, от культуры, уровня урожаев, доз вносимых удобрений. Коэффициенты использования его из удобрений в зернопаровом севообороте составили: по озимой пшенице - 20,2-26,7 %, яровой пшенице -21,2-48,7%, ячменю - 32,2-47,3 %. С увеличением доз удобрений коэффициент использования азота снижался на 6,5-27,5 %.

Баланс азота на минимальном агрофоне был отрицательным, на среднем и интенсивном — превышал вынос на 5,6-23,9 %, интенсивность баланса составила по вариантам опыта 91,5-123,9 %.

Баланс фосфора. Наиболее значительные отклонения от естественного агрофона по содержанию в продукции и выносу урожаем фосфора получены при внесении средних и интенсивных доз минеральных удобрений (на 20,724,3 кг/га).

Коэффициент использования фосфора из удобрений по культурам севооборота составил: по озимой пшенице - 8,9-18,7 %; яровой пшенице -9,4-14,7%, ячменю - 22,5-28,7 %. Расчеты этого показателя с учетом последействия (за ротацию севооборота) по культурам составил - 20,7; 13 и 13,1% соответственно.

Баланс калия. Несмотря на хорошую обеспеченность почв калием на обыкновенном чернозёме этот элемент переходит во второй минимум при посеве кукурузы и яровой пшеницы.

Коэффициент использования калия удобрений в опытах был'равен 26,2-27,2% (озимая пшеница), 36,0-42,7% (яровая пшеница) и 84,0-85,7% (ячмень). Однако, потребление растениями калия на формирование урожая происходило в основном за счёт запасов почвы (соответственно: 80,6-74,1%; 69,2-85,3%; 51,6-76,4%). В засушливых условиях Заволжья подвижный

калий за счёт естественных почвенных процессов не восстанавливается полностью, что приводит к уменьшению его количества в почве.

4.1.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность применения удобрений

Установлена высокая агроэкономическая эффективность использования удобрений в зернопаровом севообороте. При внесении средних доз туков под озимую пшеницу, чистый доход был равен 3799 руб./га, расчётных доз -3442 руб./га. При этом окупаемость дополнительных затрат снизилась с 1,43 до 1,37 руб./руб.

На посевах яровой пшеницы лучшие результаты по продуктивности получены при средних дозах удобрений: урожай зерна - 1,87 т/га, прирост урожая - 0,31 т/га. Однако условно-чистый доход и окупаемость дополнительных затрат, наиболее высокими были при минимальном уровне интенсивности использования пашни.

Замыкающий ротацию севооборота ячмень обеспечил наиболее высокие прибавки урожая от удобрений - 7,8-9,7 ц/га. Оплата урожаем каждого килограмма действующего вещества удобрений составила 6,4-6,5 кг/кг. Чистый доход наиболее высоким был при внесении расчётных доз удобрений и составил 4290 руб./га.

Установлено, что по стоимости продукции с 1 га севооборотной площади лучшие результаты получены при максимальных в опыте дозах удобрений - 7619 руб./га. Однако, наибольшая окупаемость дополнительных затрат отмечена при минимальном уровне интенсивности использования пашни - 1,77 руб. на 1 руб. затрат.

На аккумуляцию солнечной энергии культурами севооборота наибольшее влияние оказали максимальные в опытах дозы минеральных удобрений (24,5-42,1 ГДж/га). Однако по этому варианту зафиксированы наибольшие энергозатраты: от 11,0 ГДж/га по ячменю до 14,0 ГДж/га по

озимой пшенице, это привело к снижению коэффициента энергетической эффективности до 2,0-3,5.

Наименьшее количество энергии израсходованно на 1 т продукции при использовании естественных источников энергии (вариант - без удобрений) и на минимальном по уровню интенсивности использования пашни фоне (3,17-4,65 ГДж/т).

4.2. Воспроизводство почвенного плодородия в полевом севообороте с сидеральным паром 4.2.1 Влияние удобрений и сидерального пара на урожайность культур

севооборота

На посевах яровой пшеницы по сидеральному пару урожайность зерна на контроле получена на уровне 1,58 т/га (табл. 2). На среднем и интенсивном фонах минерального питания продуктивность культуры достоверно превышала контроль на 0,42-0,51 т/га (на 26,5-32,2 %).

Вторая после сидерального пара культура - кукуруза, наиболее высокие урожаи (37,35 т/га) сформировала при внесении удобрений, рассчитанных под урожай на уровне биоклиматического потенциала. Прирост урожая зелёной массы при этом составил 7,84 т/га (26,5%).

Размещённая по кукурузе яровая пшеница, вследствие высокого выноса элементов питания предшественником, сформировала урожай на 0,12-0,26 т/га меньше, чем по горохо-овсяной смеси. Прибавки урожаев на среднем и расчётном фонах составили 0,34-0,40 т/га (23,2-27,9%).

Использование в севообороте сидеральных культур повышало эффективность минеральных удобрений. Прибавки урожаев от удобрений возросли с 0,07-0,26 т/га (зернопаровой севооборот) до 0,16-0,38 т/га (зернопаропропашной севооборот с сидеральным паром).

Наибольшая величина оплаты питательных веществ удобрений отмечена при минимальном уровне интенсивности использования пашни -11,1 кг/кг д.в. удобрений.

2. Влияние минеральных удобрений на урожай культур зернопаро-пропашного севооборота с сидеральным паром, т/га (1999-2008 гг.)

Уровни интенсивности использования пашни Культуры

Яровая пшеница Кукуруза Яровая пшеница

Без удобрений 1,58 29,5 1,46

Минимальный 1,82 32,7 1,58

Средний 2,00 35,6 1,80

Интенсивные 2,09 37,3 1,86

НСР, 0,5 т/га 0,08-0,28 1,15-6,40 0,09-0,24

4.2.2. Совместное действие удобрений и сидерального пара на баланс гумуса и элементов питания в системе "почва-растение-удобрение"

Баланс гумуса. В наших опытах после завершения третьей ротации севооборота в сравнении с исходным количеством убыль гумуса в почве составила 0,42% или 1,050 т/га ежегодно

Применение минеральных удобрений позволило снизить убыль гумуса за период исследований на 0,075-0,375 т/га ежегодно. В сравнении с зернопаровым севооборотом, в сидеральном потери гумуса за 12 лет на интенсивном фоне снизились на 1,8 т/га или на 0,150 т/га ежегодно.

В целом за ротацию севооборота без удобрений в почву поступило 16,50 т пожнивно-корневых остатков культур изучаемого севооборота и 15,0 т зелёной массы сидератов (горохо-овсяной смеси).

Наибольшее количество органического вещества в почву поступило от запашки горохо-овсяной смеси (ПКО+сидераты) - 11,6 т, несколько меньше - после уборки кукурузы. Ежегодное восстановление гумуса в результате гумификации пожнивно-корневых остатков на варианте без удобрений составило 0,736 т/га.

На удобренных делянках за 12 лет исследований накопление в почве пожнивно-корневых остатков возросло на 4,5-10,5 т/га. Гумификация

дополнительного поступления ПКО в почву позволила увеличить ежегодное восполнение гумуса с 0,736 т/га до 0,903 т/га.

Баланс азота. Вынос азота урожаем по вариантам опыта составил от 162,9 кг/га до 254,2 кг/га (табл. 3) значительно превышая его поступление с удобрениями (45-245 кг/га д.в ). Культурами севооборота потребление азота из почвы составило 62,5-82,0% от выноса, из удобрений - 18,0-37,5%. Интенсивность баланса азота в почве по вариантам опыта была равна 23,796,3%. Однако коэффициент использования основного удобрения даже при дефицитном балансе азота был невысоким: на посевах кукурузы - 60,565,8%, яровой пшеницы - 23,4-32,0%.

4.2.3. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности

сидералыюго севооборота при разных уровнях интенсивности использования пашни

Наибольший условно-чистый доход от возделывания яровой пшеницы получен на минимальном агротехническом фоне и без удобрений (2560 руб./га при размещении после сидерального пара и 1940руб./га на делянках без удобрений при посеве после кукурузы). В этих же вариантах определена наибольшая окупаемость затрат на осуществление технологий возделывания.

Особенности весенне-летнего периода в годы исследований позволили получить высокие для Заволжья урожаи зелёной массы кукурузы - 29,537,4 т/га.

Прибавки урожая от применения удобрений составили в сравнении с контролем 3,4-7,9 т/га и были наибольшими на интенсивном агротехническом фоне. Однако, наивысшая окупаемость производственных, материально-технических и финансовых затрат получена на минимальных в опыте агрофонах возделывания сельхозкультур (без удобрений и при внесении минимальных доз удобрений) - 1,3-1,8 руб./руб. затрат.

3. Влияние культур сндератьного севооборота и удобрений на вынос азота, фосфора и калия урожаем (1999-2008 гг.)

Культура Уровень применения удобрений Урожайность, т га Поступление в урожаи, кг та Коэффициент использования из удобрений,%

зерно солома из почвы из удобрении N Р К

К Р К .V Р К

Яровая пшеница Без удобрений 1.5.8 1.93 41.4 18.5 33.3 - ■ - - .

Минимальный 2.05 9.1 3.1 - 60.7 20.7 -

Средний 2.00 2.17 17.6 7.0 12.1 32.0 15.6 40.3

Интенсивный 2.09 2.2-1 20.3 8.3 14.1 27.1 15.1 35.2

Кукуруза Без удобрений 2.95 - 85.6 35.4 103.2 - - - - - ■

Минимальный 129 - 10.5 4.4 - 70.0 29.3 -

Средний 3.56 - 42.8 11.1 25.8 65.8 24.7 86.0

Интенсивный 3.7-1 - ^ 51,4 ^ 13.6 31.0 60.5 ■"ЗолГ4 77.5

Яровая пшеница Без удобрений 1.16 1,71 35.9 16,2 30,1 - - ■ - -

Минимальный 1.58 1.85 7 "> 2.7 -18.0 18.0 -

Средний 1.80 2.11 16.1 5.7 15.2 24.8 12.7 50.7

Интенсивный 1.56 2.27 19.9 6.8 19.5 23.4 12.4 48.8

В целом по севообороту при использовании минимально необходимых доз удобрений стоимость продукции с 1 га пашни возросла на 11,7%. Коэффициент энергетической эффективности за ротацию севооборота составил 3,9-5,1 и был наибольшим при возделывании кукурузы - 6,4-7,8.

4.3. Комплексное влияние биологических и техногенных средств на состояние почвенного плодородия в зернотравяном севообороте

Общий уровень урожаев по севообороту составил: ячменя - 1,17-3,80 т/га, яровой пшеницы - 0,83-2,90 т/га, эспарцета 1-го года пользования 5,532,4 т/га, эспарцета 2-го года пользования - 4,9-19,2 т/га.

Без внесения удобрений, за счёт использования средств биологизации, урожай ячменя после яровой пшеницы возрос с 2,00 т/га в зернопаровом севообороте - до 2,40 т/га в зернопаропропашном севообороте, яровой пшеницы - с 1,56 до 1,66 т/га (табл. 4).

4. Влияние минеральных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур в зернотравяном севообороте, т/га (1999-2008 гг.)

Уровни интенсивности использования пашни Культуры

Ячмень + эспарцет Эспарцет 1 года пользования Эспарцет 2 года пользования Яровая пшеница

Без удобрений 2,40 12,79 11,84 1,66

Минимальный 2,63 13,71 12,84 1,78

Средний 2,86 14,72 14,5 1,93

Интенсивные 2,99 15,08 15,1 1,94

НСР, 0,5 т/га 0,12-0,42 0,60-1,70 0,68-4,02 0,06-0,24

Применение минеральных удобрений повысило продуктивность культур севооборота на 7,2-24,6%. Наиболее значимые прибавки урожаев получены на посевах ячменя (19,2-24,6%) при внесении средних и повышенных доз азотно-фосфорно-калийных удобрений. Урожайность

яровой пшеницы по этим вариантам составила 1,93-1,94 т/га, прирост от удобрений - 16,3-16,9%.

В результате последействия минеральных удобрений, внесённых под предшественник — ячмень и прикорневых подкормок, урожай эспарцета на удобренных делянках за 10 лет увеличился на 0,92-3,21 т/га зелёной массы.

Яровая пшеница по пласту многолетних трав сформировала более высокие урожаи, чем при посеве после озимой пшеницы в зернопаровом севообороте с чистым паром (1,66-1,94 т/га). Прирост урожаев от внесения удобрений составил от 7,2 до 16,9%).

Прибавки урожаев от удобрений за ротацию севооборота, в благоприятные по погодным условиям годы превысили показатели засушливых 2005-2007 гг. на 3,83-7,32 т/га КЕ (на 0,96-1,83 т/га ежегодно).

Баланс гумуса. После прохождения трёх ротаций севооборота определяли убыль гумуса за период исследований и воспроизводство за счёт пожнивно-корневых остатков, истинную минерализацию гумуса (табл. 5).

Наибольшее количество воздушно-сухого органического вещества заделывалось в почву при распашке многолетних трав — 7,70-8,64 т/га, что в 1,9-2,0 раза больше, чем после наиболее урожайной в зернопаровом севообороте культуры - озимой пшеницы.

Поступление органического вещества в почву оказало положительное влияние на содержание и динамику гумуса в зернотравяном севообороте. В варианте без удобрения убыль гумуса составила 0,650 т/га ежегодно, что на 0,425-0,400 т/га меньше, чем в зернопаровом и сидеральном севооборотах. На интенсивном агрофоне баланс гумуса вплотную приблизился к равновесному состоянию: убыль гумуса составила всего 0,250 т/га. Восполнение гумуса при этом составило 1,079 т/га ежегодно.

5. Баланс гумуса б зернотравяном севообороте, ! 996-2008 гг.

Варианты опыта (внесено удобрений за ротацию; Содержание гоп'са. °о Убыль гумуса Восстановление гумуса за счёт пожнивно-корневых остатков (ПКО) и соломы Пети тая изацня , т га

исходное через 12 лет л ■ /о всего, . т га ежегодно. т га поступило в почну 03 12 лет. т га восстановление г\м\са гумус;

ПОЖНИБНО-корневых остатков соломы за 12 лет, т та ежегодно, т га за 12 лет ежегодно

Контроль (без удобрений) 4.02 3.76 0,26 7, ВО 0,650 63,36 10,9 11,14 0,925 18,94 |1,578

\ Минимальный фон Л Р ; припосевное : - подкормка) 3.71 0.21 6.30 0.525 66,42 12.6 11.55 0.9X5 18.15 1.513

Средний фон А Р лрипосевное -ЬкР«, - подкормка А Р 16 -основное) 4,01 3.86 0,15 4.50 0,375 70,53 13,6 12,62 1,052 17,12 1,427

Интенсивный фон прип осеян<* —N з: Р ^; подкормка -Х. •..?..К;.- основное) 4,3.1 ............................ 4.21 0,10 3,00 0,250 72,00 14,3 12,25 1,079 15,95 1,329

б. Баланс и накопление биологического азота в зернотравяно.м севообороте (1996-2008 гг.)

Внесено на ! га ежегодно Основная прОДУКШМ, и га '3-Е. В ГОД Вынос азота урожаем за ротацию, кг га в т.ч. урожаем сена эспарцета, кг га Баланс азота ПК'О. кг кг

К оош. за роташно \'ф за ротацию N попо. за ротацию N оош. пко ПКО

Без удобрений 22 5 236,6 142,8 100,0 42,8 89,8 62,9

Минимальный уровень Х-:Р.;К-; 2-Ы 263.7 163,3 114.3 49,0 99,4 69,6

Средний уровень 26.6 310,4 183,8 128,7 55,1 108,3 75,8

I ЬпеиснЕНЫй уровень 2".5 326.8 191.1 135,9 оэ 115.3 ВО, 7

Баланс азота. Вынос урожаем азота без удобрений за ротацию севооборота составил 23,66 кг/га. Минеральные удобрения увеличили этот показатель на 27,1-90,2 кг/га.

Фиксированный растениями атмосферный азот пожнивно-корневых остатков в опыте был равен 62,9-80,7 кг/га. С учётом симбиотически связанного азота ПКО, интенсивность баланса этого элемента в севообороте составила 22,8-68,3 %.

Баланс фосфора. На естественном по плодородию фоне вынос фосфора урожаями сельскохозяйственных культур был зависимым от их продуктивности и составил за ротацию севооборота 78,5 кг/га.

Коэффициент использования за ротацию севооборота фосфора удобрений был равен - 20,2-22,3%; интенсивность баланса - 68,1-131,6%.

Баланс калия. Вынос калия за ротацию севооборота составил 227,9321,9 кг/га, в том числе из почвы - 227,9 кг/га, из удобрений - 22,3-94,0 кг/га.

Коэффициент использования калия из удобрений сформировался на уровне: ячменя - 65,3-47,4%, яровой пшеницы - 40,3-37,5%, эспарцета - 52,064,3% и был наибольшим при использовании минимальных в опыте доз калийных удобрений. Интенсивность баланса калия за ротацию зернотравяного севооборота составила -0 36,4-38,2%.

4.3.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность зернотравяного севооборота

Максимальные прибавки урожайности ячменя от удобрений при интенсивном использовании пашни составили 4,6-5,9 ц/га (при урожае на контроле - 24,0 ц/га). За счёт средств биологизации в сравнении с зернопаровым севооборотом урожай культуры возрос на 3,6-4,0 ц/га.

Продуктивность яровой пшеницы на контроле в результате положительного последействия эспарцета возросла на 0,8-2,0 ц/га, а от удобрений - на 1,2-2,8 ц/га.

Оплата питательных веществ туков составила 2,33-4,0 кг/кг д.в.

В результате последействия удобрений, внесённых под предшествующие культуры, и прикорневой подкормки урожайность эспарцета возросла на 9,2-22,9 и/га.

С 1 га севооборотной площади получено дополнительно продукции на 538-1759 руб./га. Окупаемость дополнительных затрат при этом составила -2,15-2,54 руб./руб.

Установлено, что энергия, накопленная в урожае зерновых культур и эспарцета значительно превышает затраты совокупной энергии на возделывание культур: по ячменю в 3,5-4,8 раза, по яровой пшенице - в 2,23,4 раза, по эспарцету - 4,8-5,7 раза.

5. Плодородие почвы, продуктивность и экономическая эффективность использования пашни в полевом севообороте с энергосберегающими почвозащитными технологическими комплексами

5.1. Влияние строения пахотного слоя, формируемого разными системами обработки почвы, на продуктивность полевого севооборота и основные элементы почвенного плодородия

В полевом севообороте изучалось влияние разного строения пахотного слоя на агрофизические, агрохимические свойства, биологическую активность, фитосанитарное состояние посевов. Учитывалась урожайность и качество зерна, оценивалась экономическая и энергетическая эффективность севооборотов.

Твёрдость почвы. При сочетании в севообороте глубокого рыхления в пару с минимальными обработками твёрдость пахотного слоя составила 632 КПа, а при постоянных обработках на 10-12 см - 674 КПа и на посевах яровой пшеницы соответственно - 672 и 684 КПа.

Водный режим почвы. На чёрных парах влажность почвы в метровом слое в среднем за три срока наблюдений (перед устойчивым замерзанием

почвы, в начале парования весной и перед посевом озимых) при всех вариантах с гетерогенным строением пахотного слоя была выше, чем при гомогенном на 16,8-19,0 мм. На озимых она оказалась одинаковой при всех вариантах обработки почвы.

Не отмечено преимущества гомогенного строения почвы перед гетерогенным по запасам влаги и на посевах озимых, яровой пшеницы по озимым и просу, по просу

Запасы влаги перед посевом яровой пшеницы по озимым составили по вспашке 159,0 мм, при дифференцированной обработке — 163,2 мм и без осенней обработки - 163,1 мм, на просе соответственно - 146,8; 144,2 и 154,2 мм и посевах яровой пшеницы по просу - 132,3; 137,0 и 137,2 мм.

Запасы влаги на посевах яровых зерновых культур за ротацию севооборота составили: по вспашке - 109,9 мм, по вариантам с гетерогенным строением пахотного слоя - от 113,5 до 118,5 мм.

Наблюдения за послойным размещением влаги в метровом слое показали, что минимальные обработки почвы не ухудшают условия для поглощения осенне-зимней влаги.

Пищевой режим почвы. На паровых полях отмечено большее содержание нитратов в технологических комплексах с гетерогенным строением. При постоянной вспашке количество нитратов в пахотном слое в среднем по трём срокам наблюдений составило 57,4 мг/кг, а с минимальными обработками - от 61,1 до 70,8 мг/кг почвы.

При гетерогенном строении большим было и содержание подвижного фосфора - при постоянной вспашке 234 мг/кг почвы и от 248 до 254 мг/кг -при минимальных обработках почвы.

При длительном (12 лет) испытании технологий с гетерогенным строением почвы также отмечено некоторое снижение содержания азота. В слое 0-20 см количество гидролизуемого азота снизилось до 9,4-10,7 мг/кг.

Содержание подвижного фосфора и обменного калия повысилось на 4,3-24,0 мг/кг.

По большинству других показателей эффективного и потенциального плодородия почвы (гумус, общая щёлочность сумма поглощённых оснований, рН солевой вытяжки) существенных различий по изучаемым вариантам не отмечено.

Фитосанитарное состояние посевов. В средние по увлажнению годы не выявлено при ежегодном применении гербицидов различий по засорённости посевов яровых зерновых культур. Значительный рост засорённости отмечен только в 2007 г., отличавшемся обильными осадками в период вегетации. Предуборочная засорённость посевов проса в этом году была по минимальным обработкам выше, чем в контроле в 1,5-1,7 раза.

Урожайность сельскохозяйственных культур. Результаты учёта урожайности в среднем по двум ротациям севооборота приводятся в табл. 7.

Наибольшей продуктивностью среди систем обработки с гетерогенным строением выделился вариант с безотвальным рыхлением на 28-30 см плугом ПЧ-4,5 в пару в сочетании с минимальными обработками на 10-12 см под яровые зерновые культуры.

7. Урожайность зерновых культур в среднем по двум ротациям зернопарового севооборота при системах обработки почвы, формирующих разное строение пахотного слоя, т/га

Культуры Системы обработки почвы

I (контроль) 11 III IV V VI VII НСР03

Озимая пшеница 2,85 2,81 2,90 2,93 2,86 2,83 2,80 0,26-0,30

Яровая пшеница 1,42 1,48 1,42 1,36 1,29 1,25 1,19 0,17-0,20

Просо 2,51 2,60 2,62 2,66 2,52 2,45 2,39 0,32-0,34

Яровая пшеница 1,60 1,61 1,44 1,61 1,42 1,56 1,40 0,18-0,21

В среднем за две ротации --- 2,10 2,12 2,09 2,14 2,03 2,02 1,95

Достоверное снижение урожаев яровой пшеницы отмечено на вариантах с отказом от осеней обработки почвы (1вар. 11, V и VII).

Производственные затраты при системах обработки почвы с гетерогенным строением снизились на 488,9-968,6 руб./га, чистый доход повысился с 1245 руб./га до 1343,2—1636,8 руб./га. Рентабельность производства зерна возросла с 23,6 до 31,8-34,6 % (табл. 8).

Наибольшая энергетическая эффективность производства зерна получена в среднем за ротацию севооборота при строении почвы, сформированном дифференцированной обработкой почвы (вспашка в паровых полях плугом на 25-27 см и рыхление чизелем на 28-30 см в сочетании с минимальной обработкой почвы под яровые зерновые культуры (1,24-1,27) и меньший при постоянной вспашке и без осенней обработки (1,15-1,17).

5.2. Агрохимические показатели плодородия почвы в полевом севообороте с ресурсосберегающими технологическими комплексами при длительном применении минимальных обработок почвы

Исследования проводились в трех полях экспериментального полевого севооборота: в черном и сидеральных парах и на посевах яровых зерновых (яровая пшеница, ячмень) в заключительном поле севооборота.

В 2006-2009 гг. оценивалось влияние агрохимических показателей плодородия почвы в технологических комплексах с постоянной 'вспашкой (контроль), дифференцированной с сочетанием безотвальной обработки чизелем в парах с минимальными обработками под яровые зерновые культуры, постоянной минимальной обработкой и без осенней обработки почвы.

Азотный режим почвы. При технологиях с минимальными обработками почвы средневзвешенное содержание минерального азота оказалось в севообороте пониженным только в 2007 г. В 2006 и 2008 гг. количество азота было близким по всем изучаемым технологиям.

8. Экономическая эффективность возделывания сельскохозяйственных культур в севообороте: пар чистый -озимая пшеница - яровая пшеница - просо - яровая пшеница - яровой ячмень, в руб./га (среднее по двум ротациям)

Показатели Системы обработки почбы

Вспашка на 25-2~ см Вспашка пара, рькленис на 10-12 см под яровые Вспашка пара, прямой посей под яровые Рыхление на 28-30 см пара, под яровые рыхление на 10-12 см Рыхление на 28-30 см пара, под яровые зерновые прямой посев Постоянная мелкая обработка на 10-12 см Без осенней обработки

Стоимость продукции 6522.7 6322,7 6044.9 6361.2 5877,3 6151.6 56-17,8

Производственные затраты 5277.7 4788,8 4562.4 4724.3 4498,8 4671,6 4309,1

Чистый доход 1245,0 1533,4 1482,5 1636,8 1378,4 1484,9 1343,2

Рентабельность. % 23,6 32,0 32,4 34,6 30.6 31,8 31,1

В 2009 г. отмечено значительное преимущество по его содержанию при технологиях с минимальными и дифференцированной обработками почвы по сравнению с традиционной

Средневзвешенное содержание минерального азота в полевом севообороте в слое 0-20 см составило при технологиях с постоянной вспашкой 21,7 мг/кг почвы, с дифференцированными и минимальными обработками 23,2-24,4 мг/кг и в слое 0-60 см соответственно - 18,1, 19,921,5 мг/кг почвы.

В среднеувлажнённые годы с близким многолетним температурным режимом в 2006 и 2008 гг. содержание минерального азота оказалось близким по всем изучаемым технологиям.

При повышенной увлажнённости и температуре в 2007 г. создались более благоприятные предпосылки для иммобилизации азота. За весь сельскохозяйственный год выпало в 2007 г. на 105 мм осадков больше среднемноголетней нормы, в том числе в апреле и июне осадков было в 2 раза больше нормы.

Отмечается пониженное содержание азота по минимальным обработкам в отдельные годы с более выраженными процессами иммобилизации азота на полях с внесением на удобрение соломы, озимых и яровых зерновых.

Выявленная закономерность свидетельствует о необходимости особого подхода к формированию оптимального азотного режима при переходе на энергосберегающие способы обработки почвы с использованием на удобрение соломы.

В связи с этим, стартовое внесение азотных удобрений в небольших дозах (8-10 кг азота на 1 т соломы) следует рассматривать в качестве обязательного элемента в технологиях с минимальными приёмами обработки почвы в севооборотах с использованием на удобрение измельчённой соломы

Подвижный фосфор. Наиболее чёткое и устойчивое преимущество по накоплению подвижного фосфора отмечено в технологических комплексах с сохранением стерни и соломы на поверхности поля. В среднем за 2006-2009 гг. разница в содержании подвижного фосфора в сравнении с контролем по горохо-овсяной смеси составила при постоянной минимальной обработке и без осенней обработки почвы - 19,0-21,0 мг/кг, а на посевах яровой пшеницы в заключительном поле севооборота соответственно по этим способам обработки-45,4 и 38,1 мг/кг.

Некоторое снижение количества подвижного фосфора, отмечаемое в отдельные годы (2006, 2007) на паровых полях при технологиях с минимальными обработками (от 1,9 до 14,7 мг/кг), не выходит за пределы оптимальных показателей и не оказывает отрицательного влияния на величину урожая.

Обменный калий. В среднем за 4 года (2006-2009) содержание обменного калия по всем полям севооборота в технологических комплексах с разными способами минимальных обработок почвы было на 11,1-11,7 % выше, чем в контроле.

В 2006 г. содержание обменного калия в севообороте при традиционной технологии составило в слое 0-20 см — 162,0 мг/кг, а с минимальными приёмами обработки почвы - от 172,4 до 197,5 мг/кг; в слое 0-60 см соответственно - 142,6 и от 151,9 до 166,9 мг/кг почвы.

В 2006 г. содержание обменного калия в слое 0-20 см при ресурсоэкономных технологиях было большим, чем в контроле на 31,6-46,7 мг/кг и в слое 0-60 см - на 28,1-29,9 мг/кг. На посевах яровой пшеницы разница составляла в слое 0-20 см - 13,2-69,5 мг/кг и в слое 0-60 см - 5,7-35,1 мг/кг.

Повышенное содержание обменного калия при минимальных обработках на посевах по горохо-овсяной смеси и на посевах ячменя в заключительном севообороте отмечено и в 2007 г.

В 2008 г. благоприятные условия для накопления в почве обменного калия сложились во всех полях севооборота с минимальными обработками почвы.

В 2009 г. в среднем по всем полям севооборота содержание обменного калия при технологиях с низкозатратными бесплужными обработками почвы в слое 0-20 см превосходило контроль с постоянной вспашкой на 20,7 - 26,4 мг/кг и в слое 0-60 см - на 4,5-35,1 мг/кг.

Средневзвешенное содержание обменного калия по севообороту при технологиях с минимальными обработками почвы в слое 0-20 см превысило контроль (постоянная вспашка) на 19,9-30,6 мг/кг и в слое 0-60 см - на 5,327,9 мг/кг.

По принятым классификациям содержание обменного калия по традиционным технологиям было высоким, по ресурсосберегающим с разными вариантами систем минимальной обработки - высоким и очень высоким.

6. Оптимальные параметры (модель) эффективного плодородия обыкновенных чернозёмов Заволжья

Разработанная модель эталона эффективного плодородия обыкновенных чернозёмов предлагается для прогноза изменения параметров плодородия почв и достижения продуктивности пахотных земель на уровне потенциальных возможностей Среднего Заволжья.

Из комплекса агрохимических свойств почвы, с которым тесно связана урожайность культур, наибольший интерес представляют показатели, контролируемые агрохимической службой: рН, содержание гумуса, Р2О5, К20. Для каждого из показателей разработаны оптимальные агрохимические показатели, при благоприятных погодных условиях позволяющие реализовать потенциальные возможности обыкновенных чернозёмов (табл.

9).

В наших опытах на долю удобрений приходилось 71% варьирования содержания в корнеактивном слое подвижного фосфора, 56% - обменного калия и 28% минерального азота.

9. Эталонные системы и эффективность воспроизводства плодородия

обыкновенных чернозёмов в полевых севооборотах Заволжья

Севообороты:

Показатели Зернопаровой Сидеральный Зернотравяной

4-х польный 4-х польный 4-х польный

Параметры агрогенного воздействия

Ежегодное применение удобрений:

навоз, т/га 8,0-9,0 7,0 2,5-4,0

N кг/га д.в. 50-65 50-65 35-50

Р2О5, кг/га д.в. 40-50 40-50 30-35

К2О, кг/га д.в. 30-35 25-30 15-20

Эффективность факторов воспроизводства почвенного плодородия

Биохимические и

агрохимические параметры:

гумус,% нитраты, мг/кг 3,88 38,2 (26,9-56,8) 4,01 42,8 (25,9-57,3) 4,21 33,2 (20,3-56,7)

подвижные фосфаты, мг/кг 244 (234-259) 228 (214-239) 231 (212-248)

обменный калий, мг/кг 206(178-219) 185 (168-198) 188 (174-209)

Урожайность культур севооборота т/га:

озимая пшеница 3,15 (1,79-4,12) - -

яровая пшеница 1,86(1,02-2,96) 1,80-2,09 (0,97-3,23) 1,94 (1,12-3,13)

ячмень 2,88 (1,45-4,44) - 3,04 (1,52-4,64)

кукуруза люцерна (эспарцет) - 30,5 (21,2-49,8) 13,4-14,0 (5,2-35,9)

При насыщении севооборотов средствами биологизации (сидераты, многолетние бобовые травы) ежегодная потребность в органических удобрениях снижена на 1,0-5,5 т/га

В целях оптимизации баланса гумуса целесообразно в современных условиях увеличение в структуре посевов сидератов и многолетних трав, использование измельчённой соломы в качестве органического удобрения.

Применение минеральных удобрений ориентировано на получение урожаев сельскохозяйственных культур на уровне, который обеспечивает нерегулируемый ограничивающий продуктивность пашни фактор (для Среднего Заволжья - влага). При этом улучшение азотного режима почвы происходит одновременно за счёт непосредственного поступления в почву азота удобрений и за счёт усиления мобилизации почвенного азота. В севообороте с чистым паром мобилизация азота почвы усиливается, с многолетними травами - увеличивается накопление щёлочно-гидролизуемых форм этого элемента питания.

Для ежегодной коррекции плодородия разработанная модель и эталонные системы воспроизводства плодородия обыкновенных чернозёмов с использованием факторов адаптивной интенсификации позволяет прогнозировать изменение параметров плодородия во времени и обеспечивает получение потенциальных для региона урожаев: озимой пшеницы - 3,5-4,0 т/га, яровой пшеницы - 2,5-3,0 т/га, ярового ячменя — 3,03,5 т/га, зелёной массы кукурузы — 20,0-35,0 т/га, многолетних бобовых трав (люцерна, эспарцет) - 15,0-20,0 т/га.

7. Влияние новых высокопродуктивных сортов зерновых культур на повышение эффективности использования почвенно-климатических ресурсов и окупаемость средств интенсификации

Достигнутый уровень урожайности на основе использования новых сортов составляет: по озимой пшенице — 40,3-93,9%, по яровой пшенице -31,7-88,4 %, озимому ячменю - 48,6-98,6%, яровому ячменю - 38,9-99,4%, от потенциала урожайности по теплообеспеченности, влагообеспеченности посевов, содержанию питательных веществ в почве.

Наибольшей изменчивостью урожаев под влиянием средообразующих факторов обладают сорта яровой мягкой пшеницы Тулайковская 1 и Тулайковская 5. Стабильные урожаи в условиях Самарского Заволжья обеспечивают Волгоуральская, Самсар, Тулайковская степная.

Коррелятивная взаимосвязь урожайности ячменя с глубокой обработкой почвы составляет г=0,39-0,43) и внесением удобрений г=0,37-0.41.

Среди изучаемых сортов ячменя наиболее отзывчивыми на техногенные факторы (внесение удобрений и глубина обработки почвы) являются Безенчукский 2 и Прерия. Сорта одинаково реагировали на изменение количества осадков и температуру мая-июня месяцев (г = 0,580,68).

По продуктивности и отзывчивости на улучшение минерального питания выделились сорта ярового ячменя - Безенчукский 2, Беркут, Орлан, сорт озимого ячменя Жигули.

Оплата урожаем питательных веществ удобрений на посевах ячменя была наивысшей среди зерновых культур - от 9,6 кг/кг д.в. (яровой ячмень Безенчукский 2) до 14,3 кг/кг д.в. (озимый ячмень Жигули).

Использование новых сортов и внедрение современных технологий позволило, в сравнении с традиционными, практически принятыми в хозяйствах технологиями, снизить при их взаимодействии затраты на 1 т зерна на 373 руб./т, сэкономить энергозатраты на 1 т зерна на 2,617 ГДж/т, повысить чистый доход от реализации зерна с 989 до 1362 руб./т.

Выводы

На основе проведенных исследований и мониторинга почвенного плодородия установлено:

1. При длительном сельскохозяйственном использовании пашни с недостаточным внесением минеральных и органических удобрений происходит ухудшение водно-физических и агрохимических свойств, возрастают потери гумуса, снижается урожайность. В Самарской области за 25 лет содержание гумуса снизилось с 5,40 до 4,22%, подвижных фосфатов с 100,5 до 96,0 мг/кг почвы, обменного калия с 137,1 до 136мг/кг. Площади слабогумусированных почв возросли на 19,3%, в 3 раза уменьшился удельный вес среднегумусированных почв.

2. Большое влияние на состояние плодородия почв оказывают виды севооборотов, нормы применения удобрений, способы обработки почвы, агротехнологии, уровни интенсивности использования пашни.

В зернопаровом севообороте при экстенсивном использовании пашни урожайность озимой пшеницы за годы испытаний составила 2,72 т/га, яровой пшеницы - 1,56 т/га, ячменя - 2,00 т/га. Применение в качестве средств воспроизводства почвенного плодородия и повышения продуктивности пашни соломы и минеральных удобрений позволило повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 9,2-50,2%; улучшить водный и питательный режимы почвы, увеличить стоимость произведенной продукции на 13,8-30,0%, чистый доход - на 7,0-63,5%;

В зернопропашном севообороте с сидеральным паром урожайность яровой пшеницы без удобрений составила 1,46-1,58 т/га, зелёной массы кукурузы - 29,50 т/га. Совместное действие сидерального пара и минеральных удобрений повысило урожайность сельскохозяйственных культур на 8,2-32,2%, улучшило питательный режим почвы, увеличило стоимость произведённой продукции на 11,7-28,9%;

В зернотравяном севообороте урожайность яровой пшеницы без удобрений составила ! ,66 т/га, ячменя - 2,40 т/га, эспарцета - зеленой массы 12,79-11,84 т/га. Комплексное использование в севообороте многолетних трав и минеральных удобрений в целях воспроизводства почвенного плодородия позволило повысить урожайность сельскохозственных культур на 7,2-24,6%, улучшить азотный режим почвы, увеличить стоимость произведенной продукции на 7,2-16,9%.

3. За ротацию севооборота посевы использовали азота, фосфора и калия в зернопаровом севообороте соответственно - 20,2-48,7, 8,9-28,7 и 26,2-85,7% питательных веществ удобрений, в сидеральном - 23,4-70,0, 12,429,3 и 35,2-86,0%, в зернотравяном - 77,7-90,3%, 16,0-22,3 и 71,9-85,4%.

4. По 12-летним исследованиям содержание гумуса в пахотном слое в контрольном варианте по сравнению с исходным его значением снизилось в

зернопаровом севообороте на 0,43%, в сидеральном - на 0,42%, в зернотравяном севообороте - на 0,26%. Ежегодная убыль гумуса составила соответственно - 1,075, 1,05 и 0,65 т/га. Минеральные удобрения уменьшили потери гумуса за год на 0,05-0,40 т/га, но не устранили его полностью. Наиболее значимое сокращение убыли гумуса, вследствие положительного влияния удобрений на прирост биомассы многолетних трав, получено в зернотравяном севообороте (на 0,125-0,400 кг/га ежегодно).

5. В полевом севообороте с ресурсосберегающими технологиями содержание минерального азота в годы исследований было неустойчивым, что связано с различием условий для прохождения процессов разложения соломы и минерализации гумуса..

В технологических комплексах с минимальными обработками почвы содержание подвижного фосфора повысилось по севообороту от 10,4 до 24%, обменного калия - от 11,1 до 11,7%.

6. Гетерогенное строение не приводит по сравнению с гомогенным (постоянная вспашка) к ухудшению агрофизических, биологических свойств и водного режима почвы.

Наиболее эффективными по продуктивности оказались в зернопаровых севооборотах технологии с сочетанием глубоких безотвальных и минимальных (мульчирующих) обработок почвы.

7. Подбор сортов, различающихся по реакции на агрофоны, по продолжительности вегетационного периода, засухоустойчивости, позволяет без дополнительных затрат повысить продуктивность зерновых культур в среднем на 10,9-44,8%, увеличить оплату питательных веществ удобрений на 15,9-46,1%, более рационально использовать почвенную влагу (на 8,428,0%).

8. В разработанных схемах воспроизводства почвенного плодородия комплексное использование средств биологизации и минеральных удобрений обеспечивает высокую экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур, повышает

стоимость продукции с 1 га севооборотной площади до 5045-7760 руб., оплату удобрений урожаем до 3,2-11,1 кг/кг д.в., окупаемость дополнительных затрат до 1,1-5,1 руб./руб., что соответственно на 3,7-13,3%, 18,0-89,1% и 42,8-59,3% превысило эти показатели при традиционном использовании пахотных земель.

9. Экономическая и биоэнергетическая эффективность разработанных биологизированных систем воспроизводства почвенного плодородия и применения удобрений на черноземах Среднего Заволжья возрастает при освоении экологически сбалансированных современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Предложения производству

1.На черноземных почвах Среднего Заволжья в целях стабилизации почвенного плодородия и повышения продуктивности пахотных земель при современном финансовом и материальном состоянии сельскохозяйственного производства рекомендуется:

— увеличить в структуре посевных площадей доли многолетних трав до 20-25%, сидеральных паров и посевов зернобобовых культур до 5-8%;

— использовать, наряду с навозом, в качестве органических удобрений солому (до 1,2-1,5 млн. тонн по Самарской области), и другую побочную продукцию растениеводства, отходы сельскохозяйственного производства и перерабатывающей промышленности;

- осуществить переход к почвоулучшающим энергоэкономным технологическим комплексам возделывания сельскохозяйственных культур.

2. В условиях перехода на биологизированные системы воспроизводства почвенного плодородия для полного использования почвенно-климатического потенциала пашни дифференцировать применение удобрений в полевых севооборотах:

- в зернопаровом севообороте вносить удобрения исходя из биоклиматического потенциала пашни, что обеспечивает получение 3,54,0 т/га озимых зерновых и 2,5-3, т/га яровых зерновых культур. Сочетать

внесение удобрений под основную обработку почвы с припосевным внесением и прикорневыми подкормками. В целях стабилизации гумуса в почве широко использовать измельченную солому зерновых культур;

- в севооборотах с сидеральным паром использовать в качестве сидератов адаптированные к условиям почвенно-климатической зоны культуры, обеспечивающие высокие урожаи биомассы. В целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур, экономии удобрений и повышения оплаты питательных веществ минеральные удобрения применять с учётом поступления в почву биомассы сидератов, азотфиксации бобовыми культурами атмосферного азота.

- в зернотравяном севообороте за счет биомассы ГЖО многолетних трав и соломы зерновых культур создать бездефицитный баланс гумуса в почве. Азотные удобрения вносить с учетом азотфиксации атмосферного азота бобовыми многолетними травами, фосфорные удобрения - на уровне выноса урожаем, калийные - 30-50% от выноса. Широко использовать припосевное удобрение зерновых культур фосфорными удобрениями и подкормки многолетних трав фосфорно-калийными удобрениями;

3. При переходе к технологиям с гетерогенным строением пахотного слоя предлагаются в зернопаровых севооборотах системы обработки почвы с безотвальным рыхлением черного и сидерального паров на 28-30 см в сочетании с минимальными обработками на 10-12 см под яровые зерновые культуры.

4. Использование в качестве средств повышения почвенного плодородия соломы, сидератов, посевов многолетних трав и зернобобовых культур позволит, по проведённым расчётам, увеличить в Самарской области ежегодное накопление в почве гумуса на 750-850 тыс. т, получать дополнительно до 400-490 тыс. т зерна и соответствующее количество кормов, сократить потребность в минеральных удобрениях для достижения проектной урожайности сельскохозяйственных культур. Годовой

экономический эффект от освоения нового поколения биологизированной системы земледелия составляет 450-500 млн. руб.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендуемых ВК РФ

1. Обущенко C.B. Влияние обработки почвы на аккумуляцию тяжелых металлов в пахотном горизонте и фитомассе зерновых культур Самарского Заволжья / C.B. Обущенко, Н.М. Троц, В.Б. Троц // Аграрная Россия научно-производственный журнал. - 2012. - №12. - с. 7-11.

2. Обущенко C.B. Опыт хозяйства Самарской области по воспроизводству плодородия почвы и повышения продуктивности пашни /C.B. Обущенко //Плодородие журнал для ученых, специалистов и практиков. -2013.-№2 (71)-с. 25 -27.

3. Обущенко C.B. Агрохимические свойства чернозема обыкновенного при биологизации систем воспроизводства почвенного плодородия в Среднем Заволжье /C.B. Обущенко, И.О. Горянин, А.П. Чичкин // Вестник Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова.-2012.-№12,-с. 17-21.

4. Обущенко C.B. Аккумуляция тяжелых металлов зерновыми бобовыми культурами в агроландшафтах Самарского Заволжья /C.B. Обущенко, Н.М. Троц, В.Б. Троц. - Достижение науки и техники АПК. -2012 февраль. -№2. -с. 50-52.

5. Обущенко C.B. Аккумуляция тяжелых металлов яровой пшеницей в агроландшафтах Самарского Заволжья /C.B. Обущенко, Н.М. Троц, В.Б. Троц,- Зерновое хозяйство России.- 2012. - №4 (22)- с. 37-40.

6. Обущенко C.B. Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Самарской области (на примере Безенчукского района) /C.B. Обущенко, А.П. Чичкин, В.В. Гнеденко // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований - 2012. - №12 - с. 23.

7. Обущенко C.B. Современное состояние и тенденции изменения содержания тяжелых металлов в почвах Самарской области / C.B. Обущенко,

В.В. Гнеденко // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований - 2011. - №10 - с. 42-43.

8. Обущенко C.B. Эколого - экономическая концепция сохранения и воспроизводства почвенного плодородия обыкновенных черноземов среднего Заволжья / C.B. Обущенко, В.В. Гнеденко // Фундаментальные исследования -2013. -№10

9. Обущенко C.B. Динамика изменения плодородия почв Самарской области / СВ. Обущенко, В.В. Гнеденко // Успехи современного естествознания - 2013. -№9-с. 148-152.

10. Троц Н.М. Характер поступления тяжелых металлов в озимые зерновые культуры / Троц Н.М., Троц В.Б., Обущенко С. В. // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2012, - №11 (97). — С. 45-47.

11. Бикеева Т.В. Обущенко C.B. Влияние различных видов обработки почвы на аккумуляцию тяжелых металлов растениями сои Самер 2 элита. Журнал Известия Самарского научного центра Российской академии наук.2013,т.15 №3,с.268-271.

12. Обущенко C.B. Влияние систем обработки почвы на продуктивность севооборотов и почвенное плодородие в условиях Самарского Заволжья / Обущенко C.B. // Вестник Башкирского государственного аграрного университета, 2013, - №3 (27). - С.24-26.

13. Обущенко C.B. Отзывчивость сортов озимой пшеницы на внесение минеральных удобрений в условиях Самарского Заволжья / Обущенко C.B. // Зерновое хозяйство России, 2013, - № 4. - С.50-53 .

14. Обущенко C.B. Влияние минеральных удобрений на продуктивность сортов яровой пшеницы в условиях Самарского Заволжья / Обущенко C.B. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2013, - № 3(41). - С.50-53.

15. Обущенко C.B. Влияние системного применения минеральных удобрений на содержание гумуса в черноземе обыкновенном / Обущенко C.B., Троц Н.М. // Достижения науки и техники АПК, 2013, - № 6. - С.32-34.

16. Обущенко C.B. Потребление питательных веществ культурами зернопарового севооборота в условиях Самарского Заволжья / Обущенко C.B., Горшкова О.В., Черняков А.И. // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии, 2013, - № 4. - С. 26-29.

Научные статьи, опубликованные в иных изданиях

1. Обущенко C.B. Обеспечение почв серой в Самарской области // Совершенствование методологии исследований фосфатного режима почв, оптимизация фосфорного питания растений и баланс фосфора в агроэкосистемах: материалы симпозиума (Немчиновка, 9-10 февраля 1998 г.) / Сборник докладов. - ВНИПТИХИМ, М„ 1999. - С. 180-183.

2. Обущенко C.B. Использование результатов почвенно-растительной диагностики для рационального применения азотных удобрений в Самарской области // Совершенствование методов почвенно-растительной диагностики азотного питания растений и технологий применения удобрений на их основе: материалы симпозиума (Немчиновка, 8-9 июня 1999 г.)/ Сборник докладов. - ВНИПТИХИМ, М, 2000. - С. 160-164.

3. Обущенко C.B., Обущенко В.Я. Запасы фосфоритов в Самарской области и перспективы использования их в земледелии//Проблема фосфора и комплексное использование нетрадиционного минерального сырья в земледелии: материалы международного симпозиума (Немчиновка, 14-15 марта 2000г.) / Сборник докладов. - ВНИПТИХИМ, М„ 2000. - С. 192-197.

4. Обущенко C.B. Баланс питательных веществ и изменение плодородия почв Самарской области// Круговорот биогенных веществ и плодородие почв в адаптивно-ландшафтном земледелии России: материалы научно-практической конференции (Немчиновка, 11-13 сентября 2000г.)/Сборник докладов. - ВНИПТИХИМ, М„ 2000. - С. 297-299.

5. Обущенко C.B. Комплексное влияние удобрений, обработки почв и сорта на продуктивность яровой пшеницы в Среднем Поволжье/ЛАгрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур: материалы Международной научной конференции/ Бюллетень ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2002 - № 116.

6. Обущенко C.B., Чичкин А.П. Влияние сорта и обработки почвы на использование питательных веществ почвы и удобрений// Сорт, удобрение и защита растений в системе высокопродуктивных технологий возделывания зерновых культур: материалы Всероссийского симпозиума, 24-25 июня 2002 г. / НИИСХ ЦРНЗ; ВНИПТИХИМ. М.2002. - С.247-250.

7. Обущенко C.B., Чумаченко И.Н., Обущенко В.Я., Капранов В.Н. Агрономическая оценка состояния плодородия почв и эффективность применения удобрений в среднем Заволжье.- Самара, 2002. - 197 с.

8. Обущенко C.B., Корчагин В.А., Горянин О.И., Новиков В.Г. Оптимальные модели сложения почвы в современных технологических комплексах возделывания сельскохозяйственных культур//Освоение адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: материалы всероссийской научно-практической конференции, 6-8 июля 2010г./ ГНУ Ульяновский НИИСХ.- С.84-86.

9. Обущенко C.B., Орлова JI.B. Проблема плодородия почвы: Новый подход к решению // Ресурсосберегающее земледелие, 2007г. - С.13 -15.

10. Обущенко C.B., Боровкова A.C. Опыт Самарской области: Внедрение технологии точного земледелия в Лесостепи Заволжья// Ресурсосберегающее земледелие, 2007г- С. 16-20.

11. Обущенко C.B., Несмеянова Н.И., Боровкова A.C. Состояние плодородия и агрохимическая характеристика плодородия почв// Ресурсосберегающее земледелие, декабрь 2007г. - С. 13-15.

12. Обущенко C.B., Боровкова A.C., Цирулев А.П. Эффективность дифференцированного внесения минеральных удобрений// Ресурсосберегающее земледелие, декабрь 2007г. - С. 16-18.

13. Обущенко C.B., Орлова Jl.В., Боровкова A.C. Агрохимическая служба России: вчера, сегодня, завтра// Ресурсосберегающее земледелие, декабрь 2007. - С. 20-21.

14. Обущенко C.B., Боровкова A.C., Орлов В.В. Новые подходы к повышению плодородия почвы// Ресурсосберегающее земледелие, 2007 - С. 28-29.

15. Обущенко C.B., Колесник Н.И. Состояние и динамика почвенного плодородия земель сельскохозяйственного назначения в Самарской области// Развитие научного наследия академика Н.М. Тулайкова: (К 105-летию Самарского НИИСХ им. Н.М. Тулайкова)/ Известия Самарского НЦ РАН: спец.вып. - Самара: СамНЦ РАН, 2008. - С.106-111: табл.: Библиогр.: с . 111.

16. Обущенко C.B., Шевченко CH., Сюков В.В., Вьюшков A.A., Корчагин В.А., Чичкин А.П., Сухоруков А.Ф., Милехин А.В, Горянин О.И., Мальчиков П.Н., Лигастаева Л.Ф., Джангабаев Б.Ж. Сорт и технология (потенциал продуктивности и нормы реакции новых сортов зерновых культур на факторы интенсификации растениеводства)// Научно-практические рекомендации - Самарский НИИСХ, 2008. - С. 24-26.

17. Обущенко C.B., Чичкин А.П. Влияние сорта и обработки почвы на использование питательных веществ почвы и удобрений// Сорт, удобрение и защита растений в системе высокопродуктивных технологий возделывания зерновых культур: материалы Всероссийского симпозиума, 24-25 июня 2002 г. / НИИСХ ЦРНЗ; ВНИПТИХИМ. М.2002. - С.247-250.

18. Обущенко C.B. Динамика агрохимического состояния земель сельскохозяйственного назначения в Самарской области// О состоянии использования земель сельскохозяйственного назначения на территории Самарской области: материалы заседания «круглого стола» 15 мая 2009 г./ Самара - 2009. - С. 13-15.

19. Обущенко C.B. Изменение почвенного плодородия земель сельскохозяйственного назначения в Самарской области//Проблемы

адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов,- ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012.-С. 83-89.

20. Обущенко C.B., Корчагин В.А. Оптимизация строения пахотного слоя почвы в ресурсосберегающих технологиях на продуктивность севооборотов и основные элементы почвенного плодородия на черноземах Среднего. Заволжья//Проблемы адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов.- ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012,-С. 116-121.

21. Обущенко C.B., Корчагин В. А. Основные агрохимические показатели почвенного плодородия в разных технологических комплексах на обыкновенных черноземах Среднего Заволжья//Проблемы адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов.-ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012,- С. 122-126.

22. Чичкин А.П., Корчагин В.А., Обущенко C.B., Горянин О.И., Джангабаев Б.Ж. Эффективность биологизации систем воспроизводства почвенного плодородия в Самарском Заволжье//Проблемы адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов.-ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012.- С. 127-132.

23. Обущенко C.B., Чичкин А.П. Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения Самарской области (на примере Безенчукского района) //Проблемы адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов.- ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012.- С. 145-151.

24. Чичкин А.П., Обущенко C.B., Джангабаев Б.Ж. Роль новых сортов зерновых культур в интенсификации земледелия)//Проблемы адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов.-ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012,- С. 152-163.

25. Обущенко C.B., Горянин О.И., Чичкин А.П. Изменение почвенного плодородия и пути оптимизации систем применения удобрений в Степном Заволжье //Проблемы адаптивной интенсификации земледелия в Среднем Поволжье/Сборник научных трудов.- ГНУ Самарский НИИСХ РАСХН, 2012,-С. 164-169.

ЛР№ 020444 от 10.03.98 г. Подписано в печать 20.01.2014. Формат 60>=84 1/16.печ. л.2 Заказ 18 тираж 100 Редакционно-издательский центр Самарской ГСХА 446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная 2 Тел.: (84663) 46-2-44, 46-2-47 Факс 46-2-44 E-mail: ssaariz@ mail.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Обущенко, Сергей Владимирович, Кинель

Госудаственное научное учреждение Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. Н.М.Тулайкова Российской академии сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

05201450603 Обущенко Сергей Владимирович

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ ВОСПРОИЗВОДСТВА ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ В ПОЛЕВЫХ СЕВООБОРОТАХ СРЕДНЕГО ЗАВОЛЖЬЯ

06.01.01 - общее земледелие,растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант д. с.-х. н., профессор, академик РАСХН П.А.Чекмарев

Самара-2014

Содержание

стр.

Введение......................................................................................................................5

1. Основные направления совершенствования систем воспроизводства почвенного плодородия (обзор литературы)........................................................12

1.1. Влияние средств биологизации и комплексного применения удобрений на воспроизводство почвенного плодородия....................................................12

1.2. Роль современных ресурсосберегающих технологий в повышении почвенного плодородия и эффективном ведении сельскохозяйственного производства.........................................................................................................25

2. Почвенно-климатические условия Среднего Заволжья, методика и содержание исследований.......................................................................................52

2.1. Почвенно-климатические условия Среднего Заволжья............................52

2.2. Методика и содержание исследований.......................................................62

3. Динамика плодородия почв Самарской области............................................73

4. Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах при разных уровнях интенсивности использования пашни............................................................................................102

4.1. Воспроизводство почвенного плодородия в зернопаровом севообороте.........................................................................................................106

4.1.1. Водный, питательный режим почвы и урожайность сельскохозяйственных культур........................................................................106

4.1.2. Плодородие обыкновенных чернозёмов при систематическом применении удобрений в зернопаровом севообороте...................................117

4.1.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность применения удобрений......................................................................................127

4.2. Воспроизводство почвенного плодородия в полевом севообороте с

сидеральным паром...........................................................................................130

4.2.1. Влияние удобрений и сидерального пара на урожайность культур севооборота.........................................................................................................130

4.2.2. Совместное действие удобрений и сидерального пара на баланс элементов питания в системе «почва - растение — удобрение»...................140

4.2.3. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности сидерального севооборота при разных уровнях интенсивности

использования пашни........................................................................................148

4.3. Комплексное влияние биологических и техногенных средств на состояние почвенного плодородия в зернотравяном севообороте...............150

4.3.1. Содержание подвижных форм питательных веществ в почве, структура и урожайность сельскохозяйственных культур............................151

4.3.2. Баланс гумуса и элементов минерального питания в системе «почва — растение - удобрение».......................................................................................160

4.3.3. Эколого-экономическая и биоэнергетическая эффективность зернотравяного севооборота.............................................................................168

5. Плодородие почвы, продуктивность и экономическая эффективность использования пашни в полевых севооборотах с энергосберегающими почвозащитными технологическими комплексами...........................................172

5.1. Влияние строения пахотного слоя, формируемого разными системами обработки почвы, на продуктивность полевого севооборота и основные

элементы почвенного плодородия...................................................................172

5.1.1. Результаты исследований........................................................................176

5.2.1. Азотный режим почвы............................................................................193

5.2.2. Подвижный фосфор.................................................................................204

5.2.3. Обменный калий......................................................................................209

6. Оптимальные параметры (модель) эффективного плодородия обыкновенных чернозёмов Заволжья..................................................................215

7.1. Сорт как фактор интенсификации использования естественного плодородия и условий внешней среды............................................................225

7.2. Связь урожайности с техногенными средообразующими факторами..231

7.3. Роль сорта в повышении окупаемости средств интенсификации земледелия..........................................................................................................239

8. Опыт хозяйств Самарской области по воспроизводству почвенного плодородия и повышению продуктивности пашни (СПК «Дружба» Кошкинского района и ООО АФК «Культура» Безенчукского района).......245

9. Эколого-экономическая концепция воспроизводства плодородия

обыкновенных черноземов Среднего Заволжья.................................................273

Выводы....................................................................................................................285

Предложения производству..................................................................................288

Список использованной литературы...................................................................290

Приложения............................................................................................................323

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. При разработке систем земледелия нового поколения особое значение приобретают вопросы сохранения и воспроизводства почвенного плодородия при одновременном повышении продуктивности, ресурсоэкономичности, экологической безопасности и рентабельности.

Одной из особенностей современного земледелия является усиление негативного антропогенного влияния на почву и возрастание на этой основе процессов ухудшения почвенного плодородия, связанного с нерациональным использованием пашни, сокращением применения органических и минеральных удобрений, интенсивными механическими обработками почвы. В этих условиях отмечается усиление процессов эрозии, дегумификации с проявлением устойчиво некомпенсируемой минерализации гумуса, ухудшение агрохимических и агрофизических свойств почвы, нарушается баланс питательных веществ.

По данным научно-исследовательских и проектных учреждений региона (ФГБУ САС «Самарская», Самарский НИИСХ, ВолгоНИИГИПРОЗЕМ и др.), в Самарской области за последние годы сократились площади среднегумусных чернозёмов, увеличились площади малогумусных и слабогумусированных (на 10%). Пахотные земли бедны подвижным азотом и фосфором. Ежегодные потери гумуса в пахотном слое составляют 0,7 т/га, а по отдельным районам — более 1 т/га.

В сложившихся условиях не обеспечивается решение главной задачи сельского хозяйства в регионе — удовлетворение полной потребности в продуктах питания за счёт получения более высоких урожаев с реализацией комплекса агромероприятий, направленных на улучшение минерального питания растений, повышение почвенного плодородия.

Оптимизация режима питания сельскохозяйственных культур в предыдущие годы проводилась в опытах по изучению эффективности видов удобрений, доз и соотношений питательных веществ, способов и систем использова-

ния туков, получении максимальной продуктивности севооборота, повышении плодородия пахотных земель.

В современном сельскохозяйственном производстве к этим основным требования добавились условия, наиболее востребованные при переходе к рыночным отношениям: обеспечение энерго- и ресурсосбережения; экологически безопасное применение удобрений, гарантированное получение высококачественной продукции.

В связи с этим, возникла потребность в изучении приёмов воспроизводства почвенного плодородия и формировании урожаев полевых культур в аг-роценозах, складывающихся в новых условиях их возделывания в полевых севооборотах, при разном уровне интенсивности использования пашни, при широком применении, вместо высоких доз органических и минеральных удобрений, более экономных и менее затратных.

Особое значение приобретают энергосберегающие технологии в сочетании с биологическими методами воспроизводства почвенного плодородия с использованием на удобрение зелёной массы сидеральных культур, соломы зерновых культур, расширения посевов зернобобовых культур и многолетних трав.

Однако исследований по обоснованию технологий эффективного использования сидератов и соломы на удобрение, увеличению в структуре посевов многолетних бобовых трав в севооборотах разного направления в Среднем Заволжье проведено недостаточно. В них не нашли отражения особенности формирования питательного режима почв, использования биологических средств стабилизации почвенного плодородия в современных технологиях, роли новых сортов в реализации почвенно-климатического потенциала региона, в реализации принципов адаптивного растениеводства.

В связи с широким использованием биологических методов воспроизводства почвенного плодородия актуальным является также изучение возможности сокращения потребности в органических и минеральных удобрениях и

усиления активизации естественных биологических процессов в почве, повышение окупаемости средств химизации.

Большой интерес для разработки мероприятий по этой проблеме представляют исследования в длительных стационарных опытах по изучению динамики питательных веществ в почве, баланса гумуса, влияния на эти показатели удобрений, структуры посевов, погодных условий и других факторов, поиск принципиально новых приёмов повышении почвенного плодородия.

Современное финансовое и материальное состояние сельскохозяйственного производства повысило востребованность ответов на эти вопросы и послужило основанием для проведения исследований.

Исследования выполнены в Самарском НИИСХ в соответствии с государственной программой "Плодородие".

Научная новизна работы. Проведён агроэкологический мониторинг состояния почвенного плодородия земель в разных природных зонах Самарской области.

Изучена динамика почвенного плодородия в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования минеральных удобрений в сочетании с биологическими средствами, направленными на увеличение содержания органического вещества в почве (солома, сидераты, посевы многолетних трав).

Разработана концепция управления воспроизводством почвенного плодородия в полевых севооборотах степных районов Среднего Заволжья.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является обоснование и разработка системы мер по воспроизводству почвенного плодородия с использованием средств биологизации и техногенных факторов, обеспечивающих реализацию агроресурсного потенциала и формирование проектных урожаев сельскохозяйственных культур на разных по интенсивности использования пашни агрофонах.

При проведении исследований предусматривалось решить следующие задачи:

- оценить состояние плодородия почвы и продуктивности пашни Самарской области за период с 1964 по 2010 годы и её динамику на основе мониторинга реперных участков;

- изучить особенности роста и развития сельскохозяйственных культур, пищевого режима в полевых севооборотах с разным уровнем интенсивности использования пашни, определить потенциальную продуктивность и качество продукции зерновых культур;

- разработать биологизированные системы воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья с разной специализацией;

- выявить особенности формирования основных элементов почвенного плодородия и предложить оптимальные варианты строения пахотного слоя в полевых севооборотах с разными технологическими комплексами возделывания сельскохозяйственных культур;

- установить степень окупаемости затрат, экономическую и биоэнергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур на разных агрофонах и технологиях;

Основные положения, выносимые на защиту:

-длительное сельскохозяйственное использование земель при ограниченном применении минеральных и органических удобрений приводит к снижению содержания гумуса, ухудшению агрохимических, водно-физических и других свойств почвы, уменьшается урожайность сельскохозяйственных культур;

- оптимальные уровни насыщения удобрениями зернопарового, сиде-рального и зернотравяного севооборотов, обеспечивающие максимальную реализацию почвенных ресурсов и стабилизацию плодородия чернозёмных почв Среднего Заволжья;

Практическая иенность и реализация результатов исследований. Использование полученных результатов позволит:

-реализовать принципиально новые комплексные меры сохранения и расширенного воспроизводства почвенного плодородия при переходе на современные методы ведения растениеводства;

-предложить производству технологии сохранения и повышения почвенного плодородия на основе возобновляемых биологических средств (солома на удобрение, сидераты, многолетние травы, биопрепараты и др.);

Производственная проверка результатов исследований проводилась в Самарской области в СПК "Дружба" Кошкинского района на площади 13,5 тыс.га с экономическим эффектом 16,9 млн.руб. и ООО АФК "Культура" Бе-зенчукского района на площади 1771 га, при рентабельности производства зерна 17%.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных научно-практических конференциях ВНИИПТИХИМ, ВИУА, региональной конференции Самарского НИИСХ в связи со 100-летием и 110-летием его основания, на заседании круглого стола в Самарской Губернской Думе (2009 г.), научно-технических советах Министерств сельского хозяйства РФ и Самарской области, международной научно-практической конференции "Землям сельскохозяйственного назначения - рациональное использование", Самара, 2012 г.

Опубликовано 41 научная статья, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК - 16 статей.

Структура и объём диссертации. Состоит из введения, 9 глав, выводов и предложений производству. Работа оформлена на 323 страницах компьютерного текста, содержит 90 таблиц, 25 рисунков. Список использованной литературы включает 307 наименований, из них 11 иностранных авторов.

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕ

Информация о работе

Обущенко, Сергей Владимирович
доктора сельскохозяйственных наук
Кинель, 2014
ВАК 06.01.01

Диссертация

Агроэкологическое обоснование систем воспроизводства почвенного плодородия в полевых севооборотах Среднего Заволжья - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы