Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агроэкологическое обоснование системы удобрения на планируемую урожайность гороха на выщелоченных черноземах лесостепной зоны Поволжья

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Остробородова, Ирина Александровна, Саратов

л/

/

Саратовский государственный аграрный университет

им. Н.И. Вавилова

ОСТРОБОРОДОВА Ирина Александровна

АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДОБРЕНИЯ НА ПЛАНИРУЕМУЮ УРОЖАЙНОСТЬ ГОРОХА НА ВЫЩЕЛОЧЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ПОВОЛЖЬЯ

На правах рукописи

06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: профессор, доктор с.-х. наук Кормилицын В.Ф.

Саратов 1999

Содержание

Введение_ 4

1. К постановке вопроса_ 9

1.1 Биологические особенности минерального питания

гороха_ 9

1.2. Применение удобрений - важнейший прием получения планируемой урожайности и улучшения качества зерна гороха_ 24

2. Методика и условия проведения исследований_ 42

2.1. Цель, схема и методика проведения исследований и наблюдений_ 42

2.2. Агрохимическая характеристика почв опытного

участка_ 48

2.3. Погодные условия 1994-1997 гг._ 50

3. Результаты исследований_ 56

3.1. Влажность почвы и водопотребление гороха_ 56

3.2. Динамика пищевого режима почвы_ 70

3.3. Фенологические наблюдения_ 86

3.4. Динамика прироста сухой вегетативной массы гороха_ 90

3.5. Динамика потребления питательных веществ растениями гороха__93

4. Влияние удобрений на продуктивность и качество продукции гороха_ 109

4.1. Структура урожая_ 109

4.2. Влияние удобрений на урожайность гороха_ 113

4.3. Влияние удобрений на качество урожая_ 117

5. Роль удобрений в повышении агроэкологических функций гороха в

богарной агроэкосистеме_ 124

5.1. Влияние удобрений на образование клубеньков на корнях гороха_ 124

5.2. Влияние удобрений на массу и химический состав органических остатков гороха_ 129

б.Энергоэкономическая оценка эффективности применения удобрений под горох_ 133

Выводы_ 140

Рекомендации производству_ 143

Список литературы_ 144

Приложения_ 162

Введение

Забота о земле, о сохранении и повышении ее плодородия всегда была одной из главных задач земледельца, поскольку от этого зависит продуктивность возделываемых культур. Без почвенно-экологических систем и без производства биомассы биосфера как система существовать не может. Экосистемы и гумусовая оболочка суши и мелководий играют роль общепланетарного фиксатора, аккумулятора и распределителя энергии, прошедшей через фотосинтез растений, и являются экраном, удерживающим в биосфере важнейшие элементы.

По данным ФАО, вместе с пашней, пастбищами и лугами человек в сельском хозяйстве использует всего 28-30 % суши, около 5-8 % почвенного покрова необратимо нарушено. Главной задачей современности является максимальное повышение продуктивности всех угодий и расширение их площади. ^

Как сложная многокомпонентная система и как звено экологических систем почва может быть эффективно улучшена и давать повышенную биопродукцию лишь при условии осуществления комплексного набора агротехнических, мелиоративных, биологических мероприятий, регулярно применяемого ко всем элементам агробиоценоза.

В настоящее время активно обсуждается вопрос экологической безопасности и продуктивности систем удобрения сельскохозяйственных культур. Интенсификация земледелия и, прежде всего химизация, должны осуществляться при полной гарантии экологической безопасности.

Основным путем предотвращения загрязнения биосферы биогенными элементами считается совершенная экологически безопасная технология применения минеральных удобрений, в которой важно правильно выбрать метод расчета доз и способы внесения ( В. Ф. Кормилицын, 1989; В. Г.

Минеев и Е. X. Ремпе, 1990 ). Несмотря на большую сложность этой проблемы, она вполне разрешима на научной основе.

Правильный путь в решении экологической проблемы - не в огульном запрете средств химизации, а в правильном научно-обоснованном применении, в использовании химических средств в сочетании с биологическими и агротехническими. В связи с этим одной из основных остается задача регулирования и оптимизации баланса поступающих в почву элементов питания с учетом получения планируемых уровней продуктивности, повышения плодородия почв и предотвращения непроизводительных потерь удобрений.

Экологически чистый источник пополнения азотного фонда почвы -бобовые культуры, благодаря своей уникальной способности связывать атмосферный азот и использовать на формирование урожая. Надо отметить, что симбиотический азот бобовых не вызывает никаких экологических последствий в результате медленного разложения пожнивно-корневых остатков.

Несмотря на то, что место и роль бобовых культур в севообороте, технологии их возделывания изучены довольно основательно, значение их, как мощного биологического фактора интенсификации земледелия и энергосбережения все еще недооценено. Это прежде всего проявляется в недостаточной площади их возделывания. Так в среднем Поволжье удельный вес зернобобовых в посевах всех культур составляет только 2,5 -3,0 % против оптимального 15 - 20 % (А.П. Исаев, A.M. Платонов, 1996 ).

Низкая продуктивность гороха и других бобовых культур в Поволжье не позволяет сбалансировать и ликвидировать дефицит белка в кормах, что приводит к перерасходу кормов на производство единицы животноводческой продукции на 20 - 30 % и снижению продуктивности животноводства. Требуется довести содержание сырого протеина до 12 -

14 %, вместо 8 - 10 %, а обменной энергии - до 10 - 11 МДж в 1 кг сухого корма.

Решить все эти задачи возможно за счет внедрения интенсивных сортов и совершенствования технологии возделывания бобовых культур, в которой важную роль должны сыграть удобрения, рассчитанные на планируемую урожайность, применяемые в экологически безопасных и экономически оправданных дозах.

Специалисты сельского хозяйства во всем мире считают, что удобрения - это хлеб земледелия, главный фактор повышения урожайности культур, получения высококачественной растениеводческой продукции, восстановления плодородия почв и оптимизации минерального питания растений.

Хотя вопрос о влиянии удобрений на продуктивность гороха изучался многими исследователями и у нас в стране, и за рубежом, следует отметить односторонний характер большинства проведенных исследований и слабое использование системного подхода, как методологической основы объективной агрохимической, агроэкологической и экономической оценки применения удобрений на планируемую урожайность гороха.

Необходимость совершенствования существующих ныне способов возделывания сельскохозяйственных культур в соответствии с требованиями экологической безопасности становится все более очевидной для конкретных почвенно-климатических условий различных регионов страны. Коренное их преобразование в настоящее время вряд ли возможно, но вполне реальным представляется вопрос о разумном нормировании антропогенных нагрузок на агорэкосистемы. Особого внимания в этом отношении требуют минеральные удобрения, которые следует применять в экологически безопасном и экономически

оправданном количестве при обеспечении сбалансированного уровня минерального питания всеми макро- и микроэлементами.

В Поволжском экономическом регионе более 30 лет не проводились исследования по удобрению гороха, а те опыты, которые были выполнены в более ранние годы решали несколько иные задачи, что и послужило основанием для выполнения данной работы на выщелоченном черноземе лесостепной зоны Поволжья.

Главная цель наших исследований - установить оптимальные системы удобрений, обеспечивающие получение планируемой урожайности зерна гороха при соответствии экологическому принципу энерго- и ресурсосбережения на выщелоченных черноземах лесостепной зоны Поволжья.

Изучить влияние испытываемых систем удобрения на водный режим почвы и водопотребление гороха.

Установить действие исследуемых систем удобрения на динамику пищевого режима почвы.

Выявить особенности роста и развития гороха в зависимости от изучаемых систем применения удобрений.

Изучить влияние удобрений на образование, развитие и массу клубеньков на корнях гороха.

Определить величину выноса основных элементов питания урожаем гороха и установить затраты питательных веществ на единицу урожая.

Изучить влияние рассчитанных различными методами доз удобрений на продуктивность гороха и качество урожая основной и побочной продукции.

Провести энергетическую и экономическую оценку изучаемых систем удобрений.

В лесостепной зоне Поволжья такие системы удобрений и задачи изучены недостаточно. Они не должны нарушать природную сущность агроэкосистем и противоречить законам их развития, что позволит разумно использовать ресурсосберегающие, экологически чистые технологии возделывания гороха. Все это определяет актуальность, теоретическую и практическую значимость данной работы.

Глава 1. К постановке вопроса 1.1. Биологические особенности минерального

а

питания гороха

Экологическая основа технологии возделывания планируемых высоких урожаев сельскохозяйственных культур заключается в оптимизации основного регулируемого фактора среды обитания растений-питания растений. Недостаточность и избыточность питания способствует нарушению всей экосистемы и малоэффективному использованию природных ресурсов среды.

В современном сельскохозяйственном производстве система удобрений должна строится на агроэкологических принципах предусматривающих одновременно с получением высокой продуктивности, воспроизводство почвенного плодородия и экологическую чистоту продукции.

Для того, чтобы достаточно надежно оценить потребность сельскохозяйственных культур в элементах минерального питания и способность почвы обеспечить растения этими элементами в течении всего вегетационного периода, необходимо учитывать способность почвы обеспечивать растения элементами питания, учитывать содержание этих элементов в растениях в зависимости от удобренности, состояния посевов и экологических условий.

Важным элементом интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур является оптимизация минерального питания. Экологические аспекты требуют разработки новых критериев

оценки минерального питания. Количественные показатели баланса питательных элементов в почве при конкретных уровнях ее плодородия и продуктивности возделываемых культур являются важнейшим и первейшим экологическим критерием уровня химической нагрузки не только на почву, но и на контактирующие с ней компоненты окружающей среды. Среди экологических проблем в сельском хозяйстве центральной стала проблема производства санитарно-гигиенически чистой продукции. Успешное решение этой жизненно важной проблемы не в прекращении использования в земледелии химических средств, в том числе и удобрений, а в разработке экологически безопасных и экономически оправданных систем удобрений для конкретных почвенно-климатических условий и сорта возделываемой культуры (Г.А. Работнов, 1985; В.Н. Кудеяров; 1989, В.Ф. Кормилицын; 1990).

Повышение урожайности гороха и улучшение качества продукции неразрывно связаны с созданием оптимальных условий питания с учетом его биологических особенностей.

Основным условием оптимизации минерального питания, повышения продуктивности и качества гороха является правильное определение потребности его в элементах питания. Содержание и соотношение питательных элементов в растениях определяются их генотипическими особенностями, онтогенетическим развитием, почвенно-экологическими условиями произрастания и создаваемым уровнем минерального питания (З.А. Лапшина, 1968; С.Е. Самохвалов, 1968; А.Д. Желтонога, 1969; Г.Т. Лавриненко, 1970; A.A. Зиганшин, O.A. Зиганшин, 1970; Р.Х. Макашева, 1973; В.А. Соколов, 1977,1979; Т.Н. Балашов, 1977; Д.И. Лаврентович; В.В. Максимча, А.С, Гала, 1978; В.Ф. Лысенко, 1981).

Питание - основа роста и развития растения. Выдающийся русский ученый К.А. Тимирязев говорил, что все искусство земледельца состоит в

создании наиболее благоприятных условий для питания возделываемых растений. Улучшение питания сельскохозяйственных культур способствует не только значительному увеличению урожаев, но и заметному повышению качества зерна и другой растительной продукции.

Для того чтобы применять удобрения со знанием дела, надо знать, какое значение имеют питательные вещества. Когда и в каких количествах они усваиваются растениями. По данным П.А. Дмитриенко и П.И. Витриховского (1966) основная масса питательных веществ в растения гороха поступает в первый период роста. Ко времени цветения растения гороха поглощают 30-70 % фосфора, 40-46 % азота и 60-68 % калия от общего количества поступающего к ним за весь вегетационный период.

Основной особенностью питания гороха является фиксация азота воздуха за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями, поселяющимися на его корнях. Д.Н. Прянишников неоднократно подчеркивал эту особенность бобовых культур в улучшении азотного баланса почв.

Горох способен к значительной фиксации азота воздуха. При благоприятных условиях количество азота, усвоенного из воздуха растением, может достигать 78 % от всего азота в растении (М.В. Федоров, 1952; Ю. Новоселов, И. Евдокимова, 1963; Г.И. Лопухина, 1964; JI.M. Доросинский, JIM. Афанасьева, 1972).

Примерно 75 % азота, фиксированного из воздуха бактериями, используется растением, а 25 % остается в клубеньках. Но в отдельных случаях в растение может переходить до 90 % азота (М.В. Федоров, 1952; JIM. Доросинский, JIM. Афанасьева, 1972).

Формирование урожая гороха зависит от активности клубеньковых бактерий, от эффективности их симбиоза с корнями растения. При этом треть азота используется из атмосферы и составляет 50- 250 кг в год (E.H.

Мишустин, B.K. Шильникова, 1968; JI.M. Доросинский, J1.M. Афанасьева, 1972; A.B. Хотянович, А.И. Позднякова, Н.Ю. Амстердамская, 1978).

Данный процесс зависит от активности клубеньковых бактерий, а жизнедеятельность последних от экологических условий, агротехнических приемов и способов возделывания гороха.

Значение азота для жизни растений, в том числе и бобовых, невозможно переоценить. Оптимизация азотного питания гороха имеет как фундаментальное, так и практическое значение. В настоящее время перед исследователями стоит проблема своевременной диагностики обеспеченности растений азотом до наступления необратимых метаболических и физиологических изменений в ходе адаптации растений к избытку или недостатку этого элемента.

Необходимо обратить серьезное внимание на изучение возможностей биологического обогащения почвы атмосферным азотом свободноживущими азотфиксирующими микроорганизмами. Но для этого необходимо уметь воздействовать на процесс азотфиксации (Т.А. Работнов, 1985; В.Н. Кудеяров, 1989). При избытке азота наблюдается снижение образования клубеньков и азотфиксирующей деятельности клубеньковых бактерий. Недостаточное азотное питание ведет к слабому росту, вызывает угнетение растений. Повышенное азотное питание способствует усилению синтеза белка, росту листьев, образованию большей ассимиляционной поверхности. Однако избыток азота удлиняет вегетативное развитие, увеличивается полегаемость и т.д. (П.Г. Найдин, 1963; В .В. Пшебельский, М.И. Базарок, 1967; A.B. Крылов, С.Е. Самохвалов, В.И. Сидорова, З.С. Корноухова, 1971; М.С. Жуков, 1972; Р.Х. Макашева, 1973; В.В. Панин, С.Е. Самохвалов, 1978).

Отмечая тормозящее влияние минеральных соединений азота на азотфиксирующую деятельность клубеньковых бактерий ряд

исследователей (В.И. Гулякин, М.М. Гукова, И.Н. Арбузова, 1966; .JIM. Доросинский, JIM. Афанасьева, 1972; М.С. Жуков, 1972) отрицательно относятся к внесению азота под горох.

Другие исследователи (М.В. Федоров, 1952; Ф.Ф. Юхимчук, 1961; А.Ц. Балдуев, 1966; А.Д. Желтонога, 1968, 1969; Ю.А. Чухнин, В.А. Соколов, 1979; В.Ф. Лысенко, 1981), считают необходимым внесение небольших доз минерального азота в начале роста гороха. Учитывая, что фиксация азота начинается не с первого дня роста, а примерно через 1,5-2 недели.

Оптимальное питание растений азотом, вызываемое применением азотных удобрений, а для бобовых культур и созданием благоприятных условий для деятельности клубеньковых бактерий, способствует развитию вегетативных органов, образованию большой ассимилирующей поверхности, имеющей темно-зеленую окраску.

Наряду с азотом фосфор является необходимым элементом питания растений. Фосфор в виде фосфорнокислых соединений входит во многие органические вещества растения, в том числе в сложные белки -нуклеопротеиды, которые участвуют в самых сложных процессах жизнедеятельности: синтезе белков, росте и размножении, передаче наследственных свойств и т. д. (Я.В. Пейве, 1959; A.B. Петербургский, 1967; Р.Х. Макашева, 1973).

Горох отличается высокой интенсивностью поглощения фосфора, которая значительно возрастает при отсутствии азота в среде. Около 50-80 % общего содержания этого элемента приходится на долю корневой системы. Фосфор в надземных частях гороха находит