Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Биоэнергетическая эффективность различных технологий возделывания зерновых культур с учетом их влияния на плодородие почвы

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Биоэнергетическая эффективность различных технологий возделывания зерновых культур с учетом их влияния на плодородие почвы"

' 12-5 и 5' 91 .

, ' УКРАИНСКАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ МУК '

Украинский научно-исследовательский институт сахарной свеклы

. На правах рукописи

ТАРАРИКО Юрий Александрович •

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С УЧЕТОМ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ

Специальность Ou.OI.OI - общее земледелие

АВТОРЕФЕРА Т диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Киев - 1992 р.

Работа выполнена в Украинском научно-исследовательском' институте земледелия в 1989г-1992 гг. .

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,* академик УААН В.Ф.Сайко •

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик; УААН В.М.Круть кандидат сельскохозяйственных наук, до, цент С.П.Танчик ■ , ‘

Ведущая организация: Белоцерковский сельскохозяйственный институт.

Защита диссертации состоится . 1992г.

в /(,’ час, с Г1 ’ на заседании Специализированного совета ■ Д-020.51.01 при Украинском НИИ сахарной свеклы^ '

Просьба принять участие в обсуждении диссертации при ее защите или . прислать Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью, по адресу: 252110, ГСП,, г.Киев, ул.Клиническая, 25, Украинский НИИ сахарной свеклы, Специализированный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинокого НИИ

сахарной свеклы. .

• ’ ' • ' 1

Автореферат разослан. 1992г.~

Ученый секретарь Специализированного совета,

доктор технических наук, профессор • ' П.В.Савич

•■!3 ВВЕДЕНИЕ '

г-ТЛЦИЙ '

“ ТП&уальность проблемы. Понимание биоэнергетической сущности производства продовольствия, количественный учет и анализ процессов преобразования естественных потоков свободной энергии в агроценозах дает возможность выявить перспективные направления развития агротехнологий. Технологии производства зерна должны обеспечивать наиболее полное использование естественных агроэнергетических ресурсов, уменьшать рост удельных затрат антропогенной энергии на'получение продовольствия и снижать неблагоприятные воздействия на природную среду, в т.ч. на плодородие почвы. " .

Применение энергетических показателей позволяет более объективно учесть и единообразно выразить количественные и качественные параметры отдельных компонентов и в целом технологий возделывания полевых культур, а также выявить резервы существенного сокращения как прямых, так и косвенных затрат энергии, аккумулированных в средствах производства. Особое значение такого подхода состоит в-возможности устранить в анализе влияние недостатков ценообразования и более эффективно использовать антропогенные и естественные энергетические ресурсы. '

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы являлось применение биоэнергетического анализа в оценке технологий возделывания зерновых культур различного уровня интенсификации с учетом состояния плодородия серой лесной крупнопылевато-легкосуглинистой почвы. При этом предусматривалось определение приемов снижения энергетической цены единицы урожая при оохранении высокого уровня продуктивности посевов, т.е. обеспечение рационального использования энергетических ресурсов '

Для достижения поставленной цели предусматривалось решить

следующие задачи: .

- установить на фонах органо-минеральной, органической.и мине-

ральной систем применения удобрений эффективность дробного, по'фазам органогенеза, применения азотных удобрений, средств защиты ■

растений от болезней, вредителей и полегания зерновых культур; .

- определить коэффициент энергетической эффективности техноло-

гий выращивания зерновых различного уровня интенсификации на основе сопоставления биохимической энергии урожая и затрат антропогенной энергии на его получение; .

- изучить влияние удобрений, средств защиты растений на изме^ . нение плодородия почв и определить затраты или экономию энергии, необходимой на поддержание благоприятного физико-химического состояния почвы, бездефицитного баланса гумуса и элементов питания;

- дать оценку, й определить пути совершенствования энергетической эффективности различных технологий выращивания зерновых культур с учетом их влияния на плодородие почвы;

Научная новизна. Для условий серых лесных почв северной Лесостепи Украины предложены высокопродуктивные энергосберегающие технологии возделывания зерновых культур. Впервые на оонове биоэнергетического анализа показаны аффективные приемы и способы экономии невозобновляемых энергоресурсов с учетом регулирования почвенного плодородия, а также,определены пути совершенствования технологий выращивания высокого и стабильного урожая зерновых культур. • . .

Практическая значимость. В условиях возрастающего дефицита энерго-

• носителей производству рекомендованы высокопродуктивные энергосбе-‘ регающие технологии возделывания зерновых культур на основе ком-

• плексного применения минеральных и органических удобрений, побочной : продукции зерновых, средств защиты растений, максимального использования биоклиматического потенциала, повышения плодородия почвы

и охраны природной среди, •

Апробация работы. Результаты исследований доложены на республиканской научно-технической конференции ’’Освоение интенсивных технологий возделывания культур" /Волгоград; 1990/, научно-практических конференциях молодых ученых Украинского НИИ земледелия /Чабаны,

1991, 1992/, научно-производственной конференции "Экологические проблемы использования почвенных ресурсов и повышение их производительной способности" /Минск, 1991/, научно-производственной кон' ференции ."Экологические аспекты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии" /Кишинев, 1990/. ’ ■

Исследования по теме диссертации выполнялись в течение 19891992 гг. в' соответствии с отраслевой НТП 0.51.03, номер государственной регистрации НИР 0187С039271. Результаты исследований учитывались при разработке технико-окономического проекта "Зерновой комплекс - 2000" в базовом хозяйсхве "Маяк" Таращанского района Киевской области.

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы изложены в трех работах.

Объемы .и- структура диссертации. Диссертация состоит из введения,

.пяти глав, выводов и предложений производству. Список использованной литературы включает 201 наименование. Работа изложена на 166 страницах машинописи, содержит 34 таблицы, 6 рисунков. Приложения составляют 14 таблиц.

Объекты, условия и методика исследований. Исследования проводили в 1989-1991 гг. в стационарном полевом опыте Украинского научно-исследовательского института'земледелия, расположенном в северной Лесостепи Украины. ,

Опыт заложен в 1986 г. на серой лесной крупнопылевато-легко-суглинистой почве со следующей характеристикой пахотного слоя: со-

- 6 - • • дернение гумуса - 1,59-1,61$, рНсол,- 5,5-5,9, гидролитическая кислотность - 1,5-2 мг-экв.на 100 г почвы, содержание подвижного фосфора - Т2-Т5, обменного калия - I*>—Р0 мг/100г почвы. Перед закладкой опыта проведено известкование по Нг. Определение биоэнергетической эффективности различных технологий возделывания зерновых культур проводили в звене интенсивного /без трав/ восьмипольного зернопропашного севооборота • (кукуруза на сидоо, озимая пше-

ница, кукуруза на зерно, овес, горох, озимая пшеница, свекла, ячмень) в поле, последовательно занимаемом озимой пшеницей сорта Полеская 87, кукурузой гибрида Юбилейный - 60 МВ, овсом оорта Буг, горохом сорта Солара. •

. Обработка почв дифференцированная, включашцая вспашку под кукурузу на 23-25 см и безотвальную обработку на 15-25 см под горох и зерновые колосовые культуры. • . ■

Схема применения удобрений (табл.1) дает- возможность опреде-

• лить эффективность минеральных удобрений, совместного их внесения ■ с подстилочным навозом, целесообразность использования в качестве органических удобрений побочной продукции соответствующих зерновых культур при ее отдельном применении, а также на фоне навоза и минеральных удобрений. Изучалась сравнительная эффективность дробного, по этапам органогенеза, внесения азота /вар.2, 3, 6/.

На фоне этих систем удобрения определялось значение средств химической Защиты растений, предусмотренных интенсивными технологиями возделывания зерновых культур в северной Лесостепи Украины.

• 2

, Повторность опыта 4-х кратная, общая площадь делянки - 50м ,

• о . ‘ •

учетной - 33мс, •

' Влияние технологий выращивания зерновых культур на плодородие

исследовали на основании сравнения показателей, характеризующих ис- '

ходное состояние почвы при закледке опыта в 1987 г. и ежегодного •

Схема применения удобрений

за-! Озимая пиени-эи-! ца эн-!. . ! Кукуруза ! на зерно \ 1 ! Овес ! ; | Горох ! \ В сумме за 4 года

I 150-90-120 50 т/га навоза 120-90-129 + 60-60-60 30-60-60 50 т/га навоза + 360-300-360**

2 150-90-120 50 т/га навоза 120-90-120 ' + 60-60-60 30-60-60 50 т/га навоза + 360*-300-360**

160-Т 00-160 50 т/га навоза 8т/га соломы + 180-100-180 + 28 т/га стеблей 120-90-100 8 т/га соломы+ 30-60-60 50 т/га навоза + соломы и стеблей 510^-350-500 44 т/га + I

4 - 50 т/га навоза 8 т/га соломы + 21 т/га стеблей 9 т/га соломы 50 т/га навоза + 38 т/га соломы и стеблей 1

8 т/га соломы 21 т/га стеблей 7 т/га соломы 36 т/га соломы и стеблей

о 180—100—160 180-100-180 ' 120-90-100 30-60-60 • 510^-350-500

7 Без £Добщений контроль

й £ вносится дробно

'лк нормы минеральных удобрений по выносу урожаем

■ ' “ 8~ 4 определения в 1989-1991 гг.

Для установления обеспеченности растений элементами питания, в течение вегетации культур анализировали 0-40-сантиметровый слой почвы. Для определения их миграции в осенний период и весной образцы отбирали через каждые 20 см до I метро. , '

В почвенных образцах определяли следующие показатели: общий гумус - по Тюрину; групповой состав гумуса - по Кононовой-Бельчиковой; .общий азот - по Кьельдалю; гидролизуемый азот - по Гинзбурр; аммиачный озот - с реактивом Несслера; нитраткый азот - по Гранд-валь-Ляжу; доступный фосфор и обменный калий - по Чирикову; рНсол.-потенциометрическим методом; гидролитическую кислотность - по Кап-пену-Гильковицу; сумму поглощенных оснований -по Каппену; корневые и пожнивные остатки - по Станкову и уравнению Левина; накопление лизина-по Мишустину и Петрову; ферменты - полифенолоксидазу и пероксидазу - по Корягиной; оредний балл биологической активности почвы по всем определяемым показателям - по Лыкову.

Растительные образцы озоляли методом Гинзбург и Щегловой, содержание азота определяли на приборе БАН-УНИИЗ, фосфора - по методу Мерри-Райм, калия - на пламенном фотометре. .

Затраты антропогенной энергии при различных технологиях выращивания зерновых и их энергетическую эффективность рассчитывали по методикам и справочным данным, изложенным Медведовским А.К., Иваненко П.И; (1988 г.), Володиным В.М. (1989 г.). Затраты энергии на восстановление плодородия, почвы определяли по Булаткину Б.А. (1986, 1987 гг.). . ’

Экспериментальные данные обрабатывали методом дисперсионного . анализа на ЭВМ "Мир-2" (Доспехов Б.А.,-1973 г.).

Погодные условия 1988-1991 гг, по характеру основных агрометеорологических показателей были благоприятными для возделывания зерновых культур. .

' - 9 -

. Результаты исследований.

Продуктивность зерновых культур при различных’технологиях возделывания. Проведенные исследования свидетельствуют о тон, что на окультуренной серой лесной почве с благоприятным физико-химическим состоянием, содержанием Р2О5И 1^0 12-15 мг на 100 г почвы на фоне своевременного и качественного выполнения агротехнических операций даже и на неудобренных вариантах возможно получение высокой продуктивности полевых культур (табл.2).

Таблипа 2.

Продуктивность зерновых при различных ‘

технологиях их выращивания

-]{-1 ТУ|Т0Жа!Тн5’сТ'ь-в-сумЯе-| Сб0р_п1ТоТеП'на' Я Сути За-

вя-! ! за 1988-1991 гг., ! 1988-1991 гг., ц/га •

р и—! Удобрения ! з.е. ! з.е.________

ан-! та ! ! ! защиты ! ! защита Ш! без ! защиты IИнтейОИвНая _! защита

I Навоз + №РК 192,6 ?25,3- 22,7 27,9

2 Навоз+РК+дробно № 201,2 239,1 23,7 29,6

3 Навоз + солома + РК + № дробно ■ 182,6 229,6 20,8 - 26,9

4 Навоз + солома 203,7 231,3 ' 22,9 25,9

5 Солома 182,7 220,5 .20,8 24,6 .

6 РК + № дробно 201,3 225,2 24,5 28,7

7 Без удобрений -контроль 184,5 209,6 21,0 25,5

НСР 0,95 - для удобрений - 2,7 ц/га

для защиты - 1,3 ц/га растений

Установлено, что применение минеральных удобрений /вар.2/ в расчетных дозах по выносу при дробном внесении азота способствовало повышению урожайности зерновых на 0;». Эффективность минеральных удобрений на фоне навоза /вар.1, 2/ снижалась, что связано с усилением полегания колосовых зерновых, поражением пшеницы септориоэоч,

■ - 10 - . листьев овса бурой пятнистостью. Аналогичная картина прослеживалась и при применении минеральных удобрений на фоне навоза и соломы '

/вар.З/. Урожайность зернорых в последнем случае была на уровне контроля /вар.7/ и варианта с использованием в качестве удобрения пс.5очной продукции урожая /вар.5/.

Установлено, что зерновые культуры положительно реагировали на применение побочной продукции на фоне навоза /вар.4/.

При всех системах применения удобрений целесообразным было Лрименен^е средств защиты растений, что связано с. высоким аффектом ретардантов и пестицидов на озимой пшенице, пестицидов на овсе и кукурузе, гербицидов на' горохе.

■ • Прибавка от применения средств защиты при'минеральной системе удобрения составила 14 ц/га з.е.. Наиболее значимое увеличение урожая (47 ц/га з.е.)'было при ежегодном использовании побочной продукции на фоне навоза и минеральных удобрений /вар.З/. .

Изучаемые .технологии оказывали существенное влияние не только но продуктивность зерновых, но и на сбор протеина, что зависело от величины урожая и его качества. Наиболее высокий сбор протеина получен на фоне навоза и применения минеральных удобрений при дробном внесении азота й интенсивной защите /вар.2/. В результате азотной недостаточности наименьший сбор протеина получен в варианте с использованием в качестве удобрений побочной продукции урожая.

Энергетическая эффективность испытуемых технологий. ■

Основные статьи затрат энер-горесурсов приходятся на минеральные удобрения и топливо. Отказ от применения минеральных туков позволил сократить расходы энергии в 1,5-2 раза и, тем самым, значительно увеличить коэффициент-энергетической эффективности (К.э.э.) производства' зерна, т.е. получить значительно больший выход биохимической энергии урожая на единицу затрат антропогенных энергоре-

сурсов (табл.З).

Таблица 3.

Структура затрат антропогенной энергии и их эффективность при возделывании зерновых культур в звене севооборота,ГДж/га

ва- і ! Энерго- і Энергоемкость К Э.Э

ри- ан- і ! Удобрения ! с одер! жание ! ! !тех- ! топ- 1.У ДООрвг ' !ния, сестру д! в

та |зерна і • ника !ливо Імена, !лю- ! сумме

і і і I пести-' !циды ! дей |

Без защиты

I Навоз + ЗРК 392,9 18,1 37,6 79,0 3,1 137,8 2,85

2 Навоз+РК+№ дробно' 410,3 19,2 39,1 '82,0 3,3 І43-, 6 2,86

3 Навоз+солома+РЯ+

№ дробно ■ 371,7 •16,0 31,0 93,2 2,3 142,5 2,61

4 Навоз+ солома 413,0 16,5 30,4 41,8 2,1 90,8 4,55

5 Солома 366,9 13,8 21,8 20,0 1,4 57,0 6,44

6 РК + № дробно 410,1 18,3 34,0 72,8 3,0 128,1 3,20

7 Без удобрений - 370,1

контроль 15,8 27,1 20,0 2.2 65,1 5,69

. Интенсивная защита

I Навоз + 1№К 455,1 20,8 41,5 85,7 3,6 151,6 3,00

2 Навоз + РК + *

№ дробно 478,2 21,8 42,7 88,8 3,8 157,1 3,04

3 Навбз + солома +

РК + № дробно 461,5 19,0 35,0 99,9 2,6 156,5 2,95

4 Навоз + оолома 463,6 19,3 33,1 48,6 2,3. 102,3 4,53

5 Солома 438,1 16,1 25,2 26,7 1,7 69,7 6,29

6 РК + № дробно 451,6 20,3 36,9 79,5 3,4 140,1 3,22

7 Без удобрений - . 412,8

контроль 17,6 29,6 26,7 2,6 76,5 5,40

Энергетически эффективным было оставление в поле в качестве

удобрения побочной продукции урожая. Затраты антропогенной энергии на этом варианте относительно контроля составили - 86%. Экономия ресурсов (до 15$), главным образом в виде горючего, достигнута за счет исключения технологических операций, связанных с уборкой, тран« портировкой и хранением побочной продукции.

- 12 -

Установлено, что дополнительное внесение побочной продукции на фоне навоза способствовало значительному повышению продуктивности посевов. Такая система ррименения удобрений показала себя наиболее приемлемой в результате ее низкой энергоемкости и высокой продуктивности. Она оказалась значительно дешевле, чем минеральная система удобрений. Применение минеральных удобрений на фоне навоза и побочной продукции было энергетически менее целесообразным, так как при этом резко (более, чем в два раза) повысились энергозатраты и снизилась в 1,7 раза энергетическая эффективность технологии. Дробное внесение азота существенно увеличило коэффициент энергетической эффективности (К э.э.) испытуемых технологий.

Применение средств защиты растений положительно отразилось как на продуктивности посевов, так и на энергетической эффективности их возделывания. Дополнительные энерговложения, сопровождающие применени!е пестицидов (11,1 МГДлс) компенсировались увеличением биохимической энергии урожая на 41-90 гДж/га. .

Таким образом, наиболее существенными факторами повышения энергетической эффективности возделывания зерновых культур является бол-ее экономное применение минеральных удобрений, внесение азота по фазам органогенеза, .оставление возможно большего количества-менее ценной части урожая.в поле, а. также использование химических средств защиты растений. .

Влияние технологий на плодородие почвы. ; ■

Установлено существенное влияние испытуемых технологий на ак. тивность почвенной микрофлоры. Органические удобрения, существенно повышая биогенностэ почвы, способствовали увеличению коэффициента гумификации, установленного по отношению активности ферментов поли- . фенол оксида зы и пероксидазь. При минеральной системе удобрения наб-лвдалось снижение общей биогенности почвы, но усилились окислитель-

ные процессы, связанные с активностью фермента пероксидазы и нигри-фикационной способностью почвы (табл.4). ■

. Результаты дисперсионного анализа показали положительную корреляцию между уровнем биологической активности почвы и’содержанием в ней общего гумуса.

Наблюдение за изменением оодериания органического вещества в 0-40 см слое свидетельствует о том, что за период с 1986 по 1991 и

I

произошли значительные изменения в гумусном состоянии почвы. В частности, наблюдалось снижение содержания общего гумуса в 0-40 см слое на неудобренном варианте на 6,2 т/го и, особенно, при минеральной системе удобрения культур на 9,8 т/га (табл.5). В последнем случае существенно повысилась фульватность гумуса. Отношение углерода гуми-новых кислот к углероду фульвокислот С г.к./С г.ф. для 0-20 и 2040 см слоев почвы соответственно составляло 0,9 и 0,4. Применение побочной продукции стабилизировало гумуоное состояние почвы. Использование ее на фоне навоза сопровождалось расширенным воспроизводством гумуса (+10,2 т/га) улучшением его качества (С г.к./С ф.к. = 1,1 в 0-20 см и 0,9 в 20-40 см слое почвы). Применение 13 т навоза на гектар севооборотной площади было недостаточным для поддержания бездефицитного баланса гумуса.. Дефицит гумуса.на этом варианте составил 2,3-2,6 т/га. .

В тесной связи с количеством гумуса находилось, изменение запасов общего азота в почве. Значительное увеличение его содержания имело место при систематическом внеоении на фоне навоза органического вещества побочной продукции - 0,5 т/га за 4 года. С применением минеральных удобрений, особенно в сочетании с навозом и побочной продукцией, прослеживалась значительная (более 300 кг/га) миграция минерального азота за пределы метрового слоя почвы. На фоне побочной продукции урожая существенных потерь доступных форм азота не отмечалось. .

Балл биологической активности почвы /в среднем за 1989-1991 гг./

ва- ри- ан- та ' ! Целлплозо4-НитрифициМммонифи-СОр!разлагаю-!рующеи !цирующей \ щей ! ! ! ’ ! ! Протеоли-!Синтеза тической !амино-'.кислот ; !Полифено-!Перокси-!локсида- !дазы !зы ! ; ; ГСреДнЯй 1 !балл по ! !всем пока-! !зателям за! !1989-1991г* ПФО :ПРК

I 36,7 24,2 •25.4 28,0 69,5 34,3 37 61 39,6 _ 0,85

2 44,2 - -30,3 26,6 .64,4 61,0 . 36,3 27 50 42,5 СТ, 82

3 83,8 76,3 * 70,7 67,6 79,1 86,3 38 40 67,3 0,98

4 83.5 73,0 47,2 ' 86,7' 86,3 71,0 95 33 71,6 1,40 1

,5 54,3 46,0 7,6 . 43,3 ' 80,3 60,3 70 47 51,1 1,18 1

6 30,2 23,3 . 40,6 17,0 • 24,3 30,0 10 46 26,4 0,60

7 20,1 38,5 35,0 19,7 33,0 32,3 30,3 18 25,2 0,91

I. Навоз + №РК; 2. Навоз + РК + № дробно; 3. Навоз + солома + РК + № дробно; 4. Навоз + солома; 5. Солома; 6. РК + К дробно; 7. Без удобрений - контроль

Изменения основных показателей плодородия почвы, под влиянием различных технологий (слой 0-40 см)

ва-! ри~! Удобрения а н—! !Нг,мг-экв !на 100 г ! почвы Общий ! азот, ! т/ге ! Общий фосфор, т/га !Обменный ! калий,. ! т/га Гум/с, т/га

та ! ! }

1987 г. /исходное/

I Навоз + №РК ' '1,88 4,47 5,05 0,77 90,8

2 Навоз+РК+ К дробно ' 1,86 4,50 5,05 0,73 90,8 '

3 Навоз+солома+ РК+№ дробно 1,89 4,53 5,26 0,63 91,4

4 Навоз+солома 1,73 4,51 5,30 0,67 91,7

5 Солома 1,75 4,67 5,05 0,60 91,1

6 РК + № дробно 1,70 4,61 5,41 0,69 91,4

7 Без удобрений-контроль- ' 1,51 I 9 9 4,44 I г. 5,05 0,84 89,6

I Навоз + №РК ' 1,79 4,45 5,22 0,72 88,2

2 Навоз+ РК + ).ь дробно 1,70 4,45 5,16 0,76 88,5

3 Навоз+солома+ РК + № дробно 1,74 ' 5,04' 5,58 0,97 100,4

4 Навоз+солома ' 1,58 5,01 5,25 0,9В 101,6

5 Солома ' 1/43 4,62 4,84 0,92 ■ 92,0

6 РК + № дррбно 2,78 ' 3,32 5,29 1,00 81,6

7 Без удобрений-контроль 1,53 3,74 4,75 0,65 83,4

Во все годы исследований содержание доступного фосфора и калия

на вариантах опыта было достаточно высоким, соответственно в пределах 12-15 и 15-20 мг на 100 г почвы. При этом минеральные и органические удобрения существенно не повлияли на изменение содержания .общего фосфора и, как правило, способствовали увеличению содержания обменного калия. .

Расчет баланса фосфора и калия показал, что положительным он был только при рргано-минеральной системе применения удобрения. Использование в качестве удобрения побочной продукции для создания

, - 16 - .

бездефицитного баланса №РК требовало дополнительного ежегодного

внесения до 70 кг/га азота, до 50 кг/га фосфора и около 20 кг/га

калия. Влияние средств защиты растений на изменение Плодородия .

почвы не установлено. ’ . .

Затраты или окономия антропогенной онергии на поддержание почвенного плодородия.

При расчете затрат или экономии антропогенной энергии на.поддерживающее известкование учитывали потребность в'извести для нейтрализации подкисляющего действия минеральных удобрений, вынос катионов урожаем и поступление кальция и магния с навозом и побочной продукцией. На основе этих показателей рассчитаны затраты или экономия энергии на поддержание благоприятного физико-химического состояния почвы. .

Для определения потребности в органических удобрениях, обеспечивающих бездефицитный баланс гумуса, нами при различных технологиях выращивания зерновых рассчитан баланс углерода. При этом учитывалось поступление углерода с навозом, побочной продукцией, пожнивными и корневыми остатками, а также изменение содержания общего гумуса в почве (табл.6). По формуле I определили количество углерода органических удобрений необходимое для компенсации потерь одной тонны углерода гумуса.

. С = Ср : Сг /I/,

где С - потребность в углероде органических удобрений, необходимых для компенсации потерь одной тонны углерода гумуса; Ср - дополнительно поступивший углерод в испытуемых вариантах относительно контроля, т/га; Сг - сокращение потерь углерода гумуса в испытуемом варианте относительно контроля, т/га. •

Параллельно нами получено уравнение регрессии (2), дающее возможность расчетным путем определить дефицит органического вещества при различных технологиях выращивания зерновых.

Затраты или экономия энергии, на восстановление исходного содержания гумуса

г- 1 ва—! ■ ! ри—! Удобрения ! Поступило в почву С, т/га 1‘ИзменеТНа I 11 ТНёо'Зходимо внести !ние С !гумуса не4или экономия/-/ “ !"3а траты !или экономия/-/

I !растИтбль-! !гумуса(ООХОДИМО ! ! т/га !С орг. ! ! !удобрений! -1.5 2,4 • т/га

ан—! ! та ! ! I Навоз + !й?К навоз 5’ ! остат-!,, [Солома | ки [В - II . сумме 16 навоза | 36 соломы 13 ! энергии, !гДж/га +15.1

2 Навоз + РК + № дробно 5' - ’ II 16 -1,3 2,2 31 II +13,0

3 Навоз + солома + РК + К дробно 5 18 II ' 34 5,2 2,6 -125 -44 -52,5 ^

4 Навоз + солома 5 15 14 34 5,7 2,5 -137 -48 -57,5

5 Солома ■ - 14 II 25 ■ 0.5 3.4 -12 -4 -5.0

6 РК + № дробно - ' - 9 9 -5.7 - 137 48 +57,5

7 Без удобрений -контроль II II -3.6 - 86 31 +36,1

- 16 -

X = -21 -с 1,5Сн н- 0,4Сс0,02Сс2 + 2,'бСо - 0,1Со2(2), где X - потери гуйуса в зависимости от уровня поступления в почву углерода, т; Си - углерод навоза, т; Сс - углерод соломы, т; ■

Со - углерод растительных остатков, т.

Результаты полученные эмперическим и экспериментальным путем имели коэффициент корреляции 0,99 на 5% уровне значимости. Расчеты показали, что на фоне применения минеральных удобрений, компенсирующих вынос элементов питания урожаем, поддержание бездефицитного баланса гумуса требует увеличения дозы навоза с 13 до 22 т/га севооборотной площади.

Проведенный анализ влияния изучаемых технологий на основные элементы плодородия серой лесной почвы показал, что высокие антропогенные нагрузки, как правило, резко отрицательно воздействуют на почвенный покров, что приводит к необходимости вкладывать дополнительные энергетические ресурсы на восстановление почвенного плодородия. Так вложения энергии на поддержание благоприятных физико-химических свойств почвы,бездефицитного баланса гумуса, фосфора и калия при минеральной системе удобрения были на 33-35$ выше, чем на контроле (табл.7).

Применение навоза совместно с минеральными удобрениями снижало затраты'на восстановление плодородия почвы относительно минеральной системы удобрений в 3,5-4,2 раза.

Высокой энергетической эффективностью отличался вариант ежегод-> • ного применения в качестве удобрения побочной продукции, что связано с положительный ее влиянием на гумусное состояние почвы и баланс элементов питания, поскольку с соломой и стеблями кукурузы в почву возвращается около Щ азота, до 50# фосфора и 80$ калия от их общего выноса уролвем.

Затраты или экономия энергии на восстановление исходного плодородия почвы, гДж/га _

ва- ' Затраты или экономи^энергии, гДж/га •

ри- восстановле- : поддерживающее'.компенсация выноса !

ан- ние содержа- !известкование 1 1 ! в сумме

та - ние гумуса 1 | ! Р2°5 Г К2°

. Без защиты

I 15.1 4,0 -1,7 -1.2 • +16,2

2. 13,0 ■ 4.0 - . -1,6 0.5 +15,9 '

3 -52.5 3.3 -4,0 -5,9 • -62,4

и -57,5 -1.5 ' 0,6 -1.7 -60,1

5 -5.0 • 0.4 . 1.9 +0.7 -2,0

6 57,5 8.0 . 0,3 2,4 +68,2

7 . 36,1 1.9 ' 3,4 3..7 +45,1

Интенсивная защита •

I ' 15.1 4,1 -0.9 1.1 +19,4

2 13,0 . ■4,2 -0.8 1,2 +17,6

3 -52,5 3,4 -3.5 -5,6 -58,2

4 . -57.5 , -1.4 1,1 -1,5 -59,3

5 -5,0 0,4 '2,3 0.9. -1,4

6 . 57-, 5 8,3 0,6 3,6 +71,0

7 36,1 2.3 ■ 3,7 4.3 +46,4 .

I. Навоз + №РК; 2. Навоз. + РК + № дробно; 3. Навоз + солома,+ РК + № дробно; 4. Навоз + солома; 5. Солома; 6. РК + № дробно; 7. Без удобрений - контроль.

Энергетическая эффективность различных технологий с учетом фактора'плодородия почвы. .

Определение общей энергетической эффективности испытуемых тех-юлогий с различным уровнем интенсификации и биологизации с учетом )х влияния на свойства почвы показало, что наиболее эффективно антропогенная энергия использовалась при выращивании зерновых на фоне Совместного применения навоза и побочной продукции урожая. Это связно с высокой продуктивностью выращиваемых культур, относительно узкими затратами антропогенных ресурсов при обеспечении расширен-

. Таблица 8.

Энергетическая эффективность различных технологий возделывания зерновых культур с учетом их влияния на плодородие почвы ■

-№~ ва- 5гн5ргогэ2гертяте~ урожая, гДж/га ! Затраты или экономия /-/ энергии, гДж/га ! к э :э.

рк- ак- та зерно (зерно и | солома :возделыва- ^воспроизводство !ние культур!плодородия на !на I га ' ! I га ;в сумме ;на I га | на I ц | з. е. | на I ц ; протеина. ; зерно |зерно и ; солома

Без химической защиты

I 352,9 1106,7 137,8 16,2 154,0 0,80 6,95" 2,55 7,19

2 410,3- 1149,6 143,6 15,9 159,5 .0,79 6,90 • 2,57 7,20

3' 371,7 - 142,5 -62,4 80,1 0,44 4,00 4,64 -

4 • 413,0 - 90,8 -60,1 30,7 0,15 0,75 .13,5 -

5 366,9 - 57,0 -2,0 . 55,1 0,30 2,61 6,66 -

6 410,1 1331,3 128,1 68,2 199,1 0,99 8,52 2,09 ' 6,79

7 370,1 962,1 ’ 65,1 ■ ' 45,1 Интенсивная защита 110,2 0,60 5,69 3,36 ' 8,73 ^ О

т 455,1 1252,3 * 151,6 19,4 180,0 0,80 6,27 . 2,53 7,96' 1

2 478,2 1320,4 157,1 17,6 174,7 0,73 6,05 2,73 7,54

3 461,5 - 156,5 -58,2 , 98,3 0,43 3,56 4,69 -

463,6 - 102,3 . т59,3 43,0 0,19 1,14 10,8 -

5 438,1 . - • 691,7 - 1,4 ' 68,3 0,31 2,74 6,41 _ - ’

6 451,6 1323,1 ‘ 149,1 71,0 217,7 0,97 7,78 2,08 - '

1 412,8 1056,7 76,5 46,4 122,9 0,59 5,18 3,36 8,60

I . Навоз + №РК; 2. Навоз + РК + К дробно; 3.Навоз + солома + РК + № дробно;

4. Навоз + солома; 5. Солома; 6. РК + № дробно; 7. Без удобрений - контроль

. - 21 -ного воспроизводства почвенного плодородия (табл.8). К э.о. техно-, логии, основанной на этом варианте при химической защите растений был выше -в 3 раза, а без защиты - в 4 раза в сравнении с контролем.

Энергетические затрата на производство одного центнера зер'на и протеина так же были самыми низкими при ежегодном применении побочной, продукции на фоне навоза. '

. Высокая энергетическая эффективность, даже при относительно невысокой" отдаче в виде биохимической энергии зерна, была достигну'-та на фоне применения в качестве удобрения только побочной продукции урожая. К э.э. в этом варианте был примерно в 2 раза выше чем на контроле. ' •

Несмотря на высокую продуктивность зерновых .культур при минеральной системе удобрений, К э.э. был самый низкий, что, главным образом, связано с резким падением общего гумуса в почве.

Положительно на повышение энергетической эффективности влияло дробное по этапам органогенеза внесение азота, применение химических средстр защиты растений, не оказавших отрицательного влияния на плодородие почвы и позволивших при невысоких дополнительных антропогенных вложениях получит-ь существенное увеличение выхода биохимической энергии урожая на всех вариантах опыта.

ВЫВОДЫ '

I. В условиях северной Лесостепи Украины на окультуренной серой . лесной крупнопылевато-легкосуглинистой почве высокую продуктивность зерна при'хорошем качестве на фоне навоза обеспечивало применение минеральных удобрений в дозах, компенсирующих вынос элементов питания с урожаем, при распределении азота по фазам • органогенеза. Однако, при такой системе применения удобрений поддержание бездефицитного баланса гумуса в интенсивном севообороте без трав требует увеличения дозы навоза с 13 до 22. т/га.

2. Наиболее высокий энергетический эффект обеспечило ежегодное оставление на поле соломы на фоне 13 т/га навоза. При этом достигалась высокая продуктивность всех зерновых культур и обеспечивалось расширение воспроизводство плодородия почвы.

3. На фоне внесения навоза в количестве 13 т/га и оставления в поле в качестве органических удобрений соломы и стеблей кукурузы, дополнительное применение минеральных удобрений было не эффективным, Это связано, прежде всего, с резким повышением энергозатрат, снижением продуктивности зерновых колосовых вследствие полегания посевов и увеличения их пораженности болезнями.

4. При минеральной системе удобрений в интенсивном севообороте отмечены значительные потери гумуса, усилилась его фульватность, произошло подкисление почвенного раствора.

В результате высоких энергетических затрат, необходимых для восстановления плодородия почвы, технологии с применением только минеральных удобрений, несмотря на высокую продуктивность зерновых культур,' оказались энергетически малоэффективными. ,

Ъ.. Исключение из производственного цикла технологических операций, связанных с уборкой, транспортировкой соломы зерновых колосовых и стеблей кукурузы позволяет сэкономить до 1% антропогенной энергии, а также уменьшить трудоемкость процесса уборки урожая более чем на 50%.

б. Внесение соломы и стеблей кукурузы в почву в качестве органических удобрений стабилизирует гумусное состояние почвы, положительна влияет на ее.физико-химические показатели. С побочной продукцией в почву возвращается до общего выноса азота, до 50/J Босфора и 801? калия, что позволяет достигнуть положительный ба-

■ i.in; гг.'пта, фосфора и калия с меньшими затратами минеральных удобрении .

7. Оставление в поле побочной продукции зерновых культур способствует уменьшению потерь минерального азота на вымывание. Кроме экономии азотних удобрений, это имеет большое значение для предотвращения загрязнения грунтовых вод нитратами.

8. Для повышения продуктивности посевов и улучшения качества зерна совместно с побочной продукцией требуется в среднем по звену севооборота ежегодно вносить азота около 70 кг/га, фосфора - 50

*и калия - 20 кг/га. . ' ’

9. Энергетически' оправданным было дробное по этапам органогенеза внесение азота, сопровождающееся повышением урожайности и улучшением качества зерна.

10.Применение средств химической защиты растений 'приводит к некоторому увеличению затрат антропогенной энергии. Однако, снижение степени пораженности растений.болезнями-и вредителями, повышение устойчивости к вылеганию, позволило не только компенсировать энергозатраты, но и обеспечило получение значительного количества дополнительной биохимической энергии урожая.

11.Применение средств защиты, на данном"этапе исследований, практически не сказалось на плодородии почв.

[2.Целесообразно разработку и совершенствование технологий выращивания зерновых проводить на основе энергетического анализа, который предусматривает сопоставление биохимической энергии урожая с затратами антропогенной энергии на ее получение и воспроизводство 'плодородия почвы,и позволяет прогнозировать общую биопродуктивность агроэкосистем.

Предложения производству

На серых лесных почвах в зерно-пропашных севооборотах для получения стабильно высокого урожая зерновых культур, снижения энергоемкости производства зерна, экономии минеральных удобрений воспроизводства почвенного плодородии и охраны природной среды необходимо интенсивные технологии возделывания озимой пшеницы, к курузы, овса и гороха дополнить внесением в почву максимально во можного количества побочной продукции урожая отих культур.

Пз теме диссертации опубликованы работы.

1. Значение органических удобрении в условиях интенсивного земледелия //Тез.докл.научн.-технич.конф. Освоение интенсивных технологий возделывания зерновик культур.- Волгоград.- 1990.-

'С.9І-93. '• '

2. Влияние органических удобрений на биологическую активность почвы в условиях интенсивного земледелия //Тез.докл.научн.- .

' практ.конф. Экологические аспе.кты использования и охраны почвенных ресурсов Молдавии. Кишинев.- 1990.- С.II5—117.

3. Биоэнергетическая оценка технологии возделывания зерновых культур //Тез.докл.науч.-практич.конф. Вклад молодых ученых в интенсификацию сельского хозяйства УССР.- 4.2.- Чабаны.-1991.- С.8а.