Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность фитомелиорации в повышении плодородия чернозёма южного и урожайности зерновых культур в Поволжье

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Эффективность фитомелиорации в повышении плодородия чернозёма южного и урожайности зерновых культур в Поволжье"

На правах рукописи

Шестёркин Дмитрий Геннадьевич

Эффективность фитомелиорации в повышении плодородия чернозёма южного и урожайности зерновых культур в Поволжье

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

АВТОРЕФЕРАТ _ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

5¿шз

Саратов 2013

005542481

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель - Денисов Евгений Петрович,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты: Шабаев Анатолий Иванович,

член-корреспондент РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБНУ НИИСХ Юго-Востока заместитель директора по научной работе

Никишанов Александр Николаевич,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» зав. кафедрой «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Ведущая организация - ФГБНУ «ВолжНИИГиМ» (Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации).

Защита состоится 24 декабря 2013 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.06 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская 60, в ауд. 325

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1. e-mail: dissovet01@sgau.ru

Автореферат разослан «"2Q 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Маштаков Дмитрий Анатольевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. При современной традиционной системе земледелия в условиях дефицита техногенных средств повышения плодородия почвы отмечаются её устойчивая деградация и снижение урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе пшеницы. Кроме того, в последнее время возникла проблема с качеством зерна этой культуры.

Интенсивная обработка почвы приводит к разрушению структуры, снижению водопроницаемости и усилению водной эрозии. В Правобережье Саратовской области более чем 63 %. пахотных земель относятся к склоновым типам агроланд-шафтов, которые подвержены в той или иной степени водной эрозии (Шаба-ев А.И.). Это определяет особенности ведения хозяйства, выбор культур и сортов, специальных севооборотов, применение дифференцированных приёмов мелиорации, технологии сберегающего земледелия с минимальной обработкой почвы.

В Саратовской области эрозии подвержено более 50 % пашни. При этом теряется большое количество почвенной влаги, гумуса, азота, доступного фосфора и обменного калия.

Выход из создавшегося положения кроется в биологизации и адаптации систем земледелия к природным ландшафтам, при этом основным фактором выступают фиторесурсы. Биологизация земледелия, где важным элементом считается фитомелиорация, основана на широком использовании растений и особенно многолетних трав. Фитомелиоранты в силу своей способности обогащать почву органическим веществом при произрастании их на поле в течение 4—5 лет и более в сочетании с минимальной, обработкой значительно улучшают структуру почвы, повышают содержание в ней гумуса, уменьшают сток и снижают последствия эрозионных процессов. -

Данная работа является продолжением идей развития систем фитомелиорации, что и обусловливает её научно-теоретическую и практическую актуальность.

Степень разработанности темы. В настоящее время приёмы использования фиторесурсов для повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур недостаточно полно изучены с целью решения проблемы восстановления плодородия почв. Основы использования растений, в том числе и многолетних трав, для повышения устойчивости агроландшафта и повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий, отражены в трудах И.С. Шатилова (1969), А.Н. Каштанова (2008), A.A. Жученко (1990), А.И. Шабаева (2004), Г.Г. Решетова (2008) и др. Важно исследовать эффективность последействия применения фитомелиорантов при выращивании яровой и озимой пшеницы с ис-

пользованием удобрений и минимальной обработки почвы. Этот вопрос практически не изучен.

Цель работы - дать теоретическое обоснование и разработать фитомелиоратив-ные приёмы восстановления плодородия смытых чернозёмов южных и повышения урожайности яровой и озимой пшеницы в зернотравяном звене севооборота с насыщением зерновых культур до 50 % при минимальной обработке почвы.

Задачи исследований:

• определить поступление свежего органического вещества, биологического азота, фосфора и калия в почву с пожнивно-корневыми остатками фитомелиоран-тов;

• выявить влияние фитомелиорантов на изменение органического вещества чернозёма южного;

• исследовать изменение агрофизических свойств чернозёма под влиянием фитомелиорантов;

• изучить формирование запасов продуктивной влага под зерновыми культурами в весенний период в травяном звене севооборота по вариантам опыта;

• проанализировать изменение агрохимических свойств чернозёма при посеве яровой и озимой пшеницы на фоне различных фитомелиорантов;

• установить влияние фитомелиорантов на засорённость посевов последующей культуры - яровой пшеницы;

• определить действие фитомелиорации на урожайность яровой и озимой пшеницы в звене зернотравяного севооборота: многолетние травы - яровая пшеница - озимая пшеница - озимая пшеница;

• рассчитать биоэнергетическую и экономическую эффективность использования фитомелиорантов при возделывании яровой и озимой пшеницы.

Научная новизна исследований. Теоретически обоснована роль фитоме-лиоративных приёмов в сохранении и воспроизводстве плодородия смытых чернозёмов южных. Доказано преимущество различных нетрадиционных многолетних бобовых (лядвенец рогатый) и небобовых (свербига восточная и щавель кормовой) трав на поступление в почву органического вещества в виде пожнивно-корневых остатков по сравнению с однолетними культурами и воздействие их на содержание гумуса и питательных веществ в почве при 4-летнем мелиоративном периоде. Разработаны приёмы улучшения структурного состояния почвы, снижения плотности и повышения пористости в конце фитомелиоративного периода по сравнению со старопахотной почвой (контролем). Обоснованы особенность формирования запасов продуктивной влаги к моменту посева яровой пшеницы после фитомелиорантов, увеличение в 2-3 раза содержания нитратного азота и доступного

фосфора в почве после изучаемых бобовых трав по сравнению с небобовыми. Установлено влияние фитомелиорантов на снижение засорённости последующих зерновых культур. Выделен кострец безостый как один из самых эффективных фитомелиорантов в подавлении сорняков. Убедительно доказана достоверность увеличения урожайности яровой пшеницы после фитомелиорации на 41,4-76,4 % после бобовых трав, после свербиги и щавеля - на 2,2-16,3 %. Урожайность озимой пшеницы повысилась соответственно на 42,2-59,4 и 2,8-9,4 %. Для улучшения водно-физических свойств почвы при использовании в качестве фитомелиорантов небобовых трав необходимо вносить под зерновые, посеянные после их распашки, минеральные азотные удобрения. Это позволяет повысить урожайность яровой пшеницы на 41,2^13,3 %, а озимой - на 22,8-39,9 %, т. е. до уровня бобовых предшественников. Рассчитана энергетическая и экономическая эффективность при возделывании зерновых культур и фитомелиорантов.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретически обоснованно положительное влияние фитомелиорации на сохранение и воспроизводство плодородия смытого чернозёма южного. Практическая значимость заключается в конкретных рекомендациях по использованию бобовых и небобовых трав в зер-нотравяных звеньях полевых севооборотов с насыщением их зерновыми культурами до 50 % с целью получения урожайности зерна яровой пшеницы 2,9-3,2 т/га, озимой пшеницы после яровой - 2,5—3,0 т/га и озимой пшеницы в повторном посеве 2,2-2,3 т/га без применения чистого пара при минимальной обработке почвы. После небобовых предшественников (костреца безостого, свербиги восточной и щавеля кормового) для получения 3,0-3,5 т/га зерна яровой и озимой пшеницы необходимо вносить азотные удобрения 70 кг д. в./га в два приёма - до посева и в подкормку.

Методология и методы исследования базируются на современных исследованиях практической мелиорации и частных методиках проведения полевых и лабораторных экспериментов. Использованы системный подход, методы анализа и синтеза, индукции и дедукции, обобщения, наблюдения, сравнения, классификации. Расчёты и обработку результатов выполняли методом математической статистики с применение пакетов прикладных программ Statistica 7.0 и Microsoft Excel.

Положения выносимые на защиту:

• сравнительная оценка влияния фитомелиорантов на агрофизические и агрохимические свойства чернозёма южного;

• особенности накопления весенних запасов продуктивной влаги перед посевом яровой пшеницы после различных фитомелиорантов;

• возможность создания бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ в почве на посевах яровой и озимой пшеницы после фитомелиорантов;

• значение фитомелиорации в снижении сорной растительности в посевах яровой и озимой пшеницы;

• особенности формирования урожайности яровой и озимой пшеницы под влиянием многолетних трав как фитомелиорантов;

• энергетическая и экономическая оценка использования фитомелиорации при возделывании культур в зернотравяном севообороте.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследований, опробированностью и корректностью используемых методик, необходимым объемом проведённых анализов, замеров, наблюдений, обработкой экспериментального материала математическими методами дисперсионного и вариационного анализов, проверкой результатов исследований.

Результаты исследований были доложены на внутривузовских, всероссийских и международных научно-практических конференциях (г. Саратов, 2011, 2012, 2013 гг.). Результаты внедрены в СХПК «Дружба» Ровенского района и ООО «Агро-Гис Балаково» Балаковского района Саратовской области на площади 720 га.

По результатам исследований опубликовано 5 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объём публикаций 1,8 печ. л., в том числе 1,0 печ. л. лично автора.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 162 страницах компьютерного текста, содержит 75 таблиц, 37 приложений. Список литературы включает в себя 305 источников, в т. ч. 14 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ —Во «Введении» описываются актуальность, степень разработанности темы, цель, задачи исследований, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, методология и методы исследований, положения, выносимые на защиту, достоверность полученных результатов, апробация результатов исследований, публикации, структура и объём диссертации.

В первой главе «Обзор литературы» выполнен анализ информационно - аналитических исследований по деградации почвы и приемах ее предупреждения с использованием фитомелиорантов. Основным процессом деградации почвы является водная эрозия. В Правобережье Саратовской области более чем 63 % пахотных земель относятся к склоновым типам агроландшафтов, которые подвержены в той или иной степени водной эрозии (А.И. Шабаев, 1985). К другим деградациям почвы относят дегумификацию (А.И. Шабаев, 1985; Д.П. Гостищев, М.И. Пушко, 1999; В.И. Воронин, 2000; В.Д. Иванов, Е.В. Кузнецова, 2003;

М.П. Чуб, И.Ф. Медведев, Н.В. Потатурина, 2003), деструктуризацию (H.A. Фомина 2005), декальцификацию (А.И. Подколзин, С.Н. Шкабарда, 2008), переуплотнение (П.К. Иванов, Л.И. Коробова, 1969) и так далее.

Наряду с органическими удобрениями, сидератами, соломой важное место в борьбе с деградацией почвы занимают многолетние травы. Их высокая фитоме-лиоративная способность позволяет восстанавливать нарушенные угодья, резко снизить эрозионные процессы, повысить плодородие почв и урожайность последующих культур в севообороте (И.А. Трофимов, З.Ш. Шамсутдинов, Л.С. Трофимова, Э.З. Шамсутдинова, 2010).

Используя природный потенциал растений, многолетние травы восстанавливают эффективное плодородие почв при минимальных затратах, используя энергию солнца в процессе фотосинтеза (Р.Ф. Хасанова, М.Б. Суюндукова, Ф.Р. Ахметов, Э.Ф. Сальманова, 2008).

Во второй главе «Условия, схема и методика проведения исследований» описываются опыты, которые проводились на опытном поле Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова в Саратовском районе на смытых чернозёмах южных.

Почвы - чернозём южный смытый среднемощный, среднесуглинистый по гранулометрическому составу. Из-за смытости имеет низкое содержание гумуса по Тюрину: в слое 0-0,2 м - 3,06-3,20 %, в слое 0,2-0,4 м - 3,00-3,10 %.

Плотность сложения почвы в пахотном горизонте изменяется от 1,20 до 1,37 т/см3, в подпахотном - от 1,36 до 1,47 т/см3, в более глубоких слоях достигает 1,47-1,63 т/м3.

В пахотном слое наименьшая влагоёмкость (HB) не превышала 28,1 % от массы сухой почвы, а в более глубоких горизонтах она равнялась 20,0-21,8 %.

Климат района проведения опыта - умеренно жаркий, умеренно засушливый. В целом 2010 г. выдался аномально жарким и острозасушливым. ГТК не превышал 0,39. Вегетационные периоды 2011 и 2012 гг. характеризовались как теплые и засушливые, ГТК не превышал 0,69-0,70. В целом погодные условия 2011 и 2012 гг. были мало благоприятными для формирования зерна яровой пшеницы, 2013 г. отличался большим количеством осадков, ГТК за вегетацию яровой пшеницы - 1,6.

Схема опыта включала в себя следующие варианты: 1 - вико-овсяная травосмесь (контроль); 2 - люцерна синяя; 3 - эспарцет песчаный; 4 - лядвенец рогатый; 5 - кострец безостый; 6 - свербига восточная; 7 - щавель кормовой. Опыт проводили в четырехкратной повторности. Площадь делянок 100 м2. Размещение делянок рендомезированное.

Исследовали влияние различных широко распространённых и нетрадиционных бобовых и небобовых многолетних кормовых трав на плодородие почвы и урожайность яровой и озимой пшеницы в звене зернотравяного севооборота: многолетние травы - яровая пшеница - озимая пшеница - озимая пшеница. Ежегодно многолетние травы распахивали и ежегодно после них высевали яровую и озимую пшеницу. Влияние удобрений на урожайность зерновых культур изучали методом

расщеплённых делянок. Азотные удобрения под яровую и озимую пшеницу в дозе 70 кг д. в./га вносили в два приёма - под обработку почвы и подкормку.

Изучали последействие многолетних трав при посеве зерновых культур в течение 2010-2013 гг. После распашки трав весной высевали яровую пшеницу сорта Фаворит нормой 3,5 млн всхожих зерен на 1 га. После ее уборки поле обрабатывали дисковой бороной Catros и высевали озимую пшеницу Саратовская 17. После уборки озимой пшеницы проводили минимальную обработку почвы дисковой бороной и повторно высевали озимая пшеница.

Для наблюдений и исследований были использованы общие методические указания для проведения полевого опыта (Ревут И.Б., 1964; Роде A.A., 1970; Доспехов Б.А., 1987; Кирюшин Б.Д. 2004, 2005).

В процессе исследований вели наблюдения:

• за влажностью почвы полевым термостатно-весовым методом с отбором проб почвенным буром AM-16;

• за плотностью почвы в полевых условиях с использованием бура H.A. Качин-ского методом режущих колец послойно через 0,1 м до глубины 0,6 м;

• за структурностью почвы сухим рассеиванием;

• за степенью водопрочности структурных агрегатов методом П.И. Андрианова;

• за наступлением фенологических фаз глазомерно на смежных участках опыта;

• за содержанием нитратного азота дисульфофеноловым методом с помощью реактива Лунге - Грисса;

• за обменным калием по Масловой;

• за нитрификационной способностью почвы согласно «Методическим указаниям» (М., 1984);

• за подвижными формами фосфора по Мачигину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26205-84;

• за обменными основаниями Са2+ и Mg2+ согласно МРТУ № 46-15-67;

• за обменным натрием по ГОСТ 26950-86;

• за гумусом по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 2621384;

• за количеством пожнивно-корневых остатков по Н.З. Станкову;

• за урожайностью зеленой массы многолетних трав методом учетных площадок площадью 0,50 м2;

• за урожайностью зерновых культур методом пробных снопов с площадок 0,50 м2.

Экспериментальные данные обрабатывали методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов на компьютере по Б. А. Доспехову (1985).

В третьей главе «Влияние фитомелиорации на органическое вещество почвы» показано, что при увеличении содержания органического вещества и отсутствии обработки почвы при возделывании многолетних трав снижается минерализация гумуса и сохраняется структура почвы. Это улучшает водопроницаемость, уменьшает сток воды с полей, смыв, увеличивает весенние запасы влаги в почве и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Количество пожнивно-корневых остатков многолетних трав. Многолетние травы в среднем за годы исследования оставляли после себя органических пожнивно-корневых остатков от 9,0 до 10,6 т/га. После люцерны их оставалось наибольшее количество - 12,6 т/га. Это в 3 раза больше, чем после вико-овсяной травосмеси. Эспарцет уступал люцерне по этому показателю на 26,2 %; лядвенец рогатый - на 23,0 %; кострец безостый - на 31,0 %; свербига восточная — на 21,5 %; щавель кормовой -на 28,6 %. Однако небобовые культуры превосходили вико-овсяную смесь по этим показателям соответственно в 2,0; 2,3 и 1,8 раза.

Наибольшее количество азота, поступающего в почву с пожнивными остатками, отмечено у бобовых культур. Оно составило 174-253 кг/га. В остатках небобовых трав содержание азота было намного ниже и оно колебалось от 47 до 69 кг/га, т. е. в 3-5 раз меньше. Меньше всего биологического азота было в пожнивно-корневых остатках вико-овсяной смеси - всего 45 кг/га. Это в 3-5 раз меньше, чем в остатках бобовых трав, и в 1,5 раза меньше, чем в остатках небобовых трав.

Люцерна содержала в пожнивно-корневых остатках до 82 кг/га фосфора, или в 3 раза больше, чем после вико-овсяной смеси. Эспарцет, лядвенец и кострец оставляли фосфора в почве 43—54 кг/га, что больше по сравнению с вико-овсяной смесью в 2 раза. Меньше всего оставляли в почве фосфора свербига восточная и щавель кормовой - почти столько же, что и вико-овсяная смесь. Различие с контролем составило 6,3-16,9 %.

Изменение содержание гумуса в почве под воздействием фитомелиорации. В среднем за 2010-2012 гг. после распашки бобовых многолетних трав содержание гумуса было больше, чем на контроле на 0,13-0,19 %, а после распашки небобовых - на 0,07-0,11 %. Возделывание всех фитомелиорантов создавало в почве бездефицитный баланс гумуса.

Наибольший коэффициент 1умификации пожнивно-корневых остатков отмечен у бобовых фитомелиорантов - 21,0-27,2 %. У костреца безостого он составил 19,0 %, у щавеля кормового - 13,3 %, у свербиги восточной — 10,6 %. Из органиче-

ского вещества бобовых культур гумуса образуется в 2-3 раза больше, чем из биомассы семейства гречишных и капустных растений. Это подтверждается экспериментальными данными и данными литературных источников (Лебедева Т.Б., 1980; Сафонов А.Ф., 2004).

В четвертой главе «Водно-физические свойства почвы» анализируются основные физические параметры плодородия.

Структура почвы. В среднем за 2010-2012 гг. на контроле после вико-овсяной смеси количество агрономически ценных агрегатов не превышало 60,9 %. После многолетних бобовых трав оно составило 72,1-73,1 %, а после небобовых трав - 67,3-68,5 %. Это на 11,2—12,2 и 6,4-7,6 % больше, чем после вико-овса.

Коэффициент интенсивности структурообразования после бобовых многолетних трав был выше, чем на контроле после однолетних трав на 55,9-93,2 %, а после небобовых - на 20,4-76,1 %. Коэффициент интенсивности структурообразования под бобовыми травами был выше, чем под небобовыми на 17,1-35,5 %. Под бобовыми травами интенсивность структурообразования наиболее высокая.

Степень водопрочности после многолетних трав может быть оценена как хорошая. Она изменялась в пределах 40-54 %. После вико-овсяной смеси она снижалась до 38—40 %, т. е. до удовлетворительного состояния.

Плотность почвы. До распашки многолетних трав плотность почвы в пахотном слое была выше, чем после вико-овсяной смеси (таблица 1). В среднем после бобовых трав плотность пахотного слоя равнялась 1,30 г/см3. Это выше, чем после вико-овсаяной смеси на 0,08 г/см3, или на 6,2 %. После небобовых трав плотность в этом слое не превышала 1,27 г/см3, т. е. была меньше, чем после вико-овсяной смеси на 0,05 г/см3, или на 4,1 %.

Таблица 1 - Плотность почвы по вариантам опыта до распашки фитомелиорантов, г/см3

Фитомелиорант Слой почвы, м

0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0-0,3 0,3-0,6

1. Вико-овсяная смесь 1,15 1,22 1,29 1,40 1,41 1,42 1,22 1,41

2. Люцерна синяя 1,28 1,32 1,34 1,32 1,33 1,36 1,31 1,34

3.Эспарцет песчаный 1,28 1,34 1,37 1,39 1,40 1,44 1,33 1,41

4. Лядвенец рогатый 1,20 1,28 1,29 1,36 1,39 1,40 1,26 1,38

5. Кострец безостый 1,18 1,22 1,28 1,39 1,43 1,42 1,23 1,41

6. Свербига восточная 1,28 1,29 1,35 1,39 1,42 1,44 1,31 1,42

7. Щавель кормовой 1,26 1,28 1,33 1,40 1,41 1,43 1,29 1,41

НСРо.5 = 0,027; />=8,12; FT=3,93.

Наименьшая плотность почвы наблюдалась под лядвенцом рогатым -1,26 г/см3 и под кострецом безостым - 1,23 г/см3. Это больше, чем под вико-овсяной смесью всего на 3,2 и 0,8 %. Наибольшей плотность почвы была под эс-

парцетом, свербигой и люцерной - 1,31-1,33 г/см3, т. е. больше, чем после вико-овсяной смеси на 7,3-9,0 %. В подпахотном слое плотность почвы под всеми травами была близкой к равновесной и составила 1,41-1,42 г/см3. Исключение отмечено у люцерны и лядвенца рогатого, где плотность снизилась на 6,0-7,6 %, или на 0,03-0,07 г/см3. Видимо, можно считать, что как в пахотном, так и в подпахотном горизонте плотность почвы за некоторым исключением была близка к равновесной.

После распашки многолетних трав плотность почвы заметно снизилась, особенно в верхнем слое 0-0,1 м. Если до распашки трав в среднем в этом горизонте она составляла 1,25±0,051 г/см3, то после нее она уменьшилась до 1,07±0,022 г/см3. Коэффициенты вариации не превышали 2,1 и 4,1 %. После распашки в верхнем слое плотность уменьшилась на 0,18 г/см3, или на 16,8 %.

В слое 0,1-0,2 м до распашки трав плотность в среднем составляла 1,29±0,041 г/см3, а после распашки - 1,17±0,025 г/см3. Коэффициенты вариации не превышали 2,6 и 3,1 %. В среднем в пахотном слое до распашки плотность почвы не превышала 1,29±0,037 г/см3, а после распашки - 1,15±0,022 г/см3, т. е. снизилась на 0,14 г/см3, или на 12,2 %.

Снижение плотности на глубине 0,2-0,3 м не превышало 0,12 г/см3, или 9,9 %. В подпахотном горизонте плотность почвы была практически одинаковой. Исключение составил вариант с люцерной.

После распашки многолетних трав перед посевом яровой пшеницы весной 2011 г. плотность почвы в пахотном слое 0-0,3 м не превышала после люцерны 1,12 г/см3, после лядвенца рогатого - 1,13 г/см3, после эспарцета песчаного — 1,18 г/см3, после небобовых трав - 1,14—1,16 г/см3 (таблица 2).

Таблица 2 - Плотность почвы после распашки фитомелиорантов перед посевом _яровой пшеницы весной 2011 г.. г/см3_

Фитомелиорант Слой почвы, м

0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0-0,3 0,3-0,6

1. Вико-овсяная смесь 1,16 1,23 1,28 1,39 1,40 1,41 1,22 1,40

2. Люцерна синяя 1,07 1,14 1,16 1,33 1,34 1,35 1,12 1,34

3. Эспарцет песчаный 1,05 1,21 1,27 1,37 1,40 1,45 1,18 1,41

4. Лядвенец рогатый 1,04 1,15 1,20 1,36 1,38 1,39 1,13 1,38

5. Кострец безостый 1,09 1,18 1,21 1,42 1,42 1,44 1,16 1,43

6. Свербига восточная 1,08 1,17 1,19 1,38 1,40 1,41 1,15 1,40

7. Щавель кормовой 1,06 1,14 1,23 1,36 1,41 1,43 1,14 1,40

НСРо,5 = 0,027; /-ф= 8,12; /4= 3,93.

После многолетних трав в пахотном слое она колебалась в 2011 г. в слое 0-0,3 м в пределах 1,12-1,18 г/см3. Коэффициент вариации составлял 2,9 %. Средняя плотность по вариантам - 1,16±0,034 г/см3. В среднем после бобовых трав она составила 1,14 г/см3, а после не бобовых - 1,15 г/см3. Различие с контролем - соот-

ветственно 0,08 и 0,07 г/см3, что меньше вероятной средней ошибки единичного наблюдения (0,034 г/см3).

Пористость почвы. Аналогично плотности почвы изменялись общая пористость и пористость аэрации под всеми многолетними культурами.

Под люцерной до распашки трав, где почву не обрабатывали в течение 3 лет, по слоям пористость изменялась соответственно в пределах 50,4—52,6 и 49,6-51,1 %. В среднем в пахотном слое пористость под люцерной была ниже, чем на контроле на 3,3 %, а в подпахотном горизонте - выше на 2,7 %. Аналогичным изменение общей пористости было под другими многолетними культурами.

В пятой главе «Влияние многолетних трав на запасы влаги в почве» показано, что улучшение водно-физических свойств почвы в первую очередь отражалось на величине весенних запасов влаги в ней (таблица 3).

Таблица 3 - Запасы продуктивной влаги в почве перед посевом яровой пшеницы в среднем за 2011-2013 гг., мм

Фитомелиорант Слой почвы, м

0-0,3 0-0,5 0,5-1,0 0-1,0

1. Внко-овсяная смесь мм 36,7 67,7 57,6 125,3

% 100 100 100 100

2. Люцерна синяя мм 57,6 87,8 68,9 156,7

% 156,9 129,7 119,6 125,1

3. Эспарцет песчаный мм 56,3 80,4 63,9 144,3

% 153,4 118,7 110,9 115,2

4. Лядвенец рогатый мм 51,2 78,1 66,3 144,4

% 139,6 115,4 115,1 115,2

5. Кострец безостым мм 61,6 93,3 68,7 162,0

% 167,8 137,8 119,3 129,3

6. Свербига восточная мм 50,3 76,6 62,9 139,5

% 137,1 113,1 109,2 111,3

7. Щавель кормовой мм 51,8 77,3 61,4 138,7

% 141,1 114,2 106,6 110,7

Для слоя 0,3 м НСР0>5 = 3,321; F$ = 54,25; FT = 3,93. Для слоя 0,5 м НСРо,5 = 6,245; = 16,75; FT= 3,93. Для слоя 0,5-1,0 м НСР0,5 = 5,550; />=7,23; FT= 3,93. Для слоя 0-1,0 м НСРо,5 = 7,606; F$= 24,37; FT= 3,93

В среднем за годы исследований (2011-2013 гг.) продуктивной влаги в метровом слое почвы по вариантам опыта было 147,6±9,7 мм. Коэффициент вариации - 6,6 %. Это выше, чем на контрольном варианте после вики с овсом на 22,3, или на 17,8 %.

В среднем за годы исследований наибольший запас продуктивной влаги к посеву яровой пшеницы в метровом слое почвы отмечен после люцерны и костреца безостого - 156,7 и 162,0 мм.

После люцерны влаги было больше, чем после эспарцета и лядвенца на 12,4 мм, или на 8,6 %, и больше, чем после свербиги восточной и щавеля кормового на 17,2 и 18,0 мм, или на 12,3 и 12,9 %. После костреца безостого запас весенней влаги был выше, чем после эспарцета и лядвенца на 17,7 мм, или на 12,3 %. Свербига и щавель кормовой уступали кострецу безостому на 22,5 и 23,3 мм, или на 16,1 и 16,8 %.

Наибольший запас доступной влаги в метровом слое почвы после распашки многолетних трав сформировался за все годы исследований после люцерны синей и костреца безостого.

В среднем за годы исследований в посевах озимой пшеницы в звене многолетние травы — яровая пшеница запасы влаги в слое 0-1,0 м не превышали 138,3±8,8 мм. Это на 12,7 %, или на 15,6 мм, больше, чем в звене вико-овсяная смесь — яровая пшеница.

Наибольшее количество влаги весной в озимой пшенице отмечено в звене с многолетними бобовыми травами и кострецом безостым - 142,5-146,9 мм (таблица 4). Это превышало контрольный вариант на 16,5-19,7 %.

Таблица 4 - Запасы продуктивной влаги в почве весной в посевах озимой пшеницы в среднем за годы исследовании, мм

Фитомелиорант Слой почвы, м

0-0,3 0-0.5 0,5-1,0 0-1.0

1. Вико-овсяная смесь мм 33,3 62,3 60,4 122,7

2. Люцерна синяя мм 39,1 77,6 69,2 146,9

3. Эспарцет песчаный мм 40,1 73,3 69,2 142,5

4. Лядвенец рогатый мм 38,3 75,1 68,8 143,9

5. Кострец безостый мм 43,1 74,2 " 68,7 142.9

6. Свербига восточная мм 37,9 66,5 59.2 125,6

7. Щавель кормовой мм 35,6 65,9 62,3 128,1

Для слоя 0,3 м НСРо,5 = 2,0; Fф= 23,27; Рт= 3,93. Для слоя 0,5 м НСРо.5 = 2,82; Fф= 38,99; 3,93. Для слоя 0,5-1,0 м НСРо,5 = 2,50; 31,52; ^=3,93. Для слоя 0-1,0 м НСРо,5 = 2,93; />= 114,60; ^=3,93.

Наименьшие запасы весенней влаги в озимых наблюдались после свербиги и щавеля - 125,6-128,1 мм. Это практически одинаково с контрольным вариантом (звено вико-овсяная смесь - яровая пшеница). Различие составило всего 2,4—4,4 %. По сравнению с люцерной этот показатель был ниже на 21,3 и 18,8 мм, или на 16,9 и 14,7 %. На второй год после распашки многолетних трав в посевах озимой

пшеницы отмечалось увеличение запасов влаги весной по сравнению с однолетними предшественниками.

В шестой главе «Влияние фитомелиорантов на питательный режим почвы и засоренность посевов» анализируется питательный режим почвы .

Питательный режим. Многолетние травы заметно изменяли питательный режим последующих культур. В среднем за 2011-2013 гт. содержание нитратов после бобовых трав было больше, чем на контроле (вико-овсяная травосмесь) на 7,08,1 мг/кг почвы, а после фитомелиорантов другого семейства - на 0,7-1,2 мг/кг (таблица 5). В среднем количество нитратного азота в почве после бобовых трав превышало контроль в 2,5 раза, а после небобовых трав - на 18,5 %.

Таблица 5 - Количество питательных веществ в почве перед посевом яровой пшеницы в среднем за 2011-2013 гг., мг/кг

Фитомелиорант Нитратный азот Доступный фосфор Обменный калий

1. Вико-овсяная смесь 5,4 10,6 290

2. Люцерна синяя 13,5 21,7 311

3. Эспарцет песчаный 12.5 20,2 310

4. Лядвенец рогатый 12,4 19,6 311

5. Кострец безостый 6,6 15,4 302

6. Свербига восточная 6,1 15.6 302

7. Щавель кормовой 6,5 16,9 304

Доступного фосфора в среднем за годы исследований перед посевом яровой пшеницы после бобовых трав было на 9,0-11,1 мг/кг больше, чем после вико-овсяной смеси, и больше после небобовых культур на 4,8-6,3 мг/кг.

Среднее содержание фосфора в первом случае равнялось 20,5±0,9 мг/кг, а во втором случае - 16,0±0,7 мг/кг. Коэффициенты вариации не превышали 4,3 и 4,1 %. После бобовых трав фосфора было на 28,1 % больше, чем после небобовых.

Количество обменного калия после трав по всем вариантам опыта было практически одинаковым.

В среднем за годы исследований оно составило 305±4 мг/кг. Коэффициент вариации 1,2 %. На контроле обменного калия было меньше, чем после фитомелиорантов на 12 мг/кг, или на 4,1 %.

В среднем за годы исследований весной в посевах озимой пшеницы нитратного азота на контроле было 3,5 мг на 1 кг почвы. После бобовых трав в среднем по вариантам его содержание повысилось до 9,7±0,6 мг/кг, а после небобовых трав его содержалось 5,0±0,3 мг/кг, или почти в 2 раза меньше, чем после бобовых. Коэффициенты вариации составили 6,2 и 6,0 %.

В посевах озимой пшеницы на 2-й год после распашки фитомелиорантов по сравнению с контролем (вико-овсяная смесь) нитратного азота было в 2,8 раза и на 42,8 % больше (таблица 6).

Таблица 6 - Количество питательных веществ в почве весной в посевах озимой пшеницы в среднем за годы исследований, мг/кг

Фитомелиорант (после многолетних трав на второй год) Нитратный азот Доступный фосфор Обменный калий

1. Вико-овсяная смесь 3,5 5,5 293

2. Люцерна синяя 10,7 15,3 309

3. Эспарцет песчаный 9,2 14,7 304

4. Лядвенец рогатый 9,9 14,5 303

5. Кострец безостый 5,3 10,6 301

6. Свербига восточная 4,5 10,5 300

7. Щавель кормовой 5,1 10,2 299

В среднем за годы исследований весной в посевах озимой пшеницы количество доступного фосфора после бобовых фитомелиорантов было больше, чем на контроле на 9,0-9,8 мг/кг, а после небобовых - на 4,7-5,1 мг/кг.

В среднем по вариантам опыта фосфора после бобовых культур было 14,8±0,3 мг/кг, а после небобовых 10,4±0,2 мг/кг.

Коэффициенты вариации - 2,0 и 1,9 %. Различие в содержании фосфора между бобовыми и небобовыми травами было 42,3 %, а между ними и контролем - в 2,7 и 1,9 раз.

Содержание обменного калия по вариантам опыта различалось незначительно и составило в среднем 303 ±4 мг/кг. Коэффициент вариации равнялся 1,3 %. Различие с контролем - 10 мг/кг, или 3,4 %.

На третий год после распашки многолетних трав содержание питательных веществ в почве снизилось, но оставалось выше старопахотной почвы (контроль).

Засоренность. В среднем за 2011-2013 гг. общая засоренность после вико-овсяной травосмеси составила 9,3 шт./м2 (таблица 7).

Многолетних сорняков от общей засоренности было 38,7 %; ранних яровых -41,9 %; яровых поздних - 17,2 %; зимующих - 2,2 %.

После люцерны общее количество сорняков снизилось в среднем на 52,7 %; многолетних - на 52,8 %. Удельный вес многолетних сорняков после этого предшественника составил 38,6 %; зимующих - 43,2 %; ранних и поздних яровых - по 9,1 %. Преобладали зимующие и многолетние сорняки.

После эспарцета всех сорняков было больше, чем после вико-овсяной смеси на 33,3 %. Количество многолетних сорняков снизилось на 13,9 %.

Удельный вес многолетних сорняков - 50 %; зимующих - 35,5 %; ранних яровых - 6,5 %; поздних — 8,0 %. Как и в случае с люцерной, после эспарцета преобладали многолетние и зимующие сорняки.

Таблица 7 - Засоренность яровой пшеницы по вариантам опыта

в среднем за 2011-2013 гг.

Фитомелиорант Количество сорняков

малолетних, шт./м2 многолетннх всего

ранних яровых поздних яровых зимующих шт./м2 % шт./м2 %

1. Вико-овсяная смесь 3,9 1,6 0,2 3,6 100 9,3 100

2. Люцерна синяя 0,4 0,4 1,9 1,7 47,2 4,4 47,3

3. Эспарцет песчаный 0,4 0,5 2,2 3,1 86,1 6,2 66,7

4. Лядвенец рогатый 0,4 0.6 2,1 2,4 66,7 5,5 59,1

5. Кострец безостый 0,1 0,1 0,2 0,7 19,4 1,1 11,8

6. Свербига восточная 1,3 1,4 2,9 2,4 66,7 8,0 86,0

7. Щавель кормовой 1,4 1,6 3,2 2,3 63,9 8,5 91,4

Для общей засорённости НСРо5= 1,12; Fф =60,53. Для многолетних сорняков НСРоз = 0,95; Fф = 9,47. Для зимующих сорняков НСР05 = 0,83; .Рф= 20,51.

Аналогичный видовой состав сорняков отмечен и после лядвенца рогатого. Удельный вес многолетних сорных растений не превышал 43,6 %; зимующих -38,2 %; ранних яровых - 7,3 %; поздних - 10,9 %.

После лядвенца рогатого общее число сорняков было меньше, чем на контроле на 40,9 %, а многолетних - на 33,3 %. Преобладали зимующие и многолетние сорняки.

Наименьшая засоренность была после костреца безостого. Общее количество сорняков в этом случае снизилось по сравнению с контролем на 88,2 %, а многолетних - на 80,6 %. По сравнению с люцерной общее количество сорняков было меньше на 75,0 %, а многолетних - а 58,8 %. Удельный вес многолетних сорняков здесь составил 63,6 %, зимующих - 18,2 %; поздних и ранних яровых сорняков -по 9,1 %.

После костреца общая засоренность снизилась в 8,5 раза, многолетниками - в 5 раз, ранними яровыми - в 10 раз, а поздними — в 2,6 раза.

После свербиги восточной всех сорняков было меньше на 14,0 %, чем на контроле, а многолетних - на 33,3 %. Удельный вес многолетних сорняков составил в этом случае 30 %; зимующих - 36,3 %; ранних яровых - 16,2 %; поздних - 17,5 %.

Аналогичное изменение засоренности было и после щавеля кормового. Общее количество сорняков после щавеля уменьшилось по сравнению с контролем на 8,6 %, многолетних - на 36,1 %. Удельный вес многолетних сорняков не пре-

вышал 27,1 %; зимующих - 37,6 %; ранних яровых - 16,5 %; поздних яровых -18,8 %. Преобладали зимующие сорняки.

Таким образом, наиболее чистыми от сорняков были поля после костреца безостого. В значительной мере подавляли сорняки бобовые многолетние травы и меньше всего - многолетние травы из семейства капустных и гречишных.

В седьмой главе «Урожайность зерна яровой и озимой пшеницы» приводятся урожайные данные яровой и озимой пшеницы по годам исследования.

В среднем за годы исследований урожайность яровой пшеницы, посеянной по пласту бобовых многолетних трав, превышала контрольный вариант (вико-овсяная смесь) на 41,4-76,4 %, а после небобовых трав - на 16,3 % (таблица 8). После бобовых трав пшеница сформировала в среднем 2,97 т/га зерна, а после небобовых - 1,91 т/га, что больше, чем после вико-овсяной смеси на 66,8 и 7,3 %. Урожайность пшеницы после бобовых трав была больше, чем после небобовых на 55,5 %.

Таблица 8 - Урожайность зерна яровой пшеницы после распашки многолетних трав

в среднем за 2011-2013 гг.

Фитомелиорант Урожайность зерна, т/га Отклонение от контроля

без удобрений с удобрениями

т/га % т/га %

без удобр. с удобр.

1 .Внко-овсяная смесь (контроль) 1,78 1,87 - - -

2. Люцерна синяя 3,14 3,24 1,36 76,4 1,37 73,3

3. Эспарцет песчаный 2,84 2,91 1,06 41,4 1,04 55,6

4. Лядвенец рогатый 2,95 3,01 1,17 65,7 1,14 60,9

5. Кострец безостый 1,83 2,68 0,05 2,8 0,81 43,3

6. Свербига восточная 2,07 2,68 0,29 16,3 0,81 43,3

7. Щавель кормовой 1,82 2,64 0,04 2,2 0,77 41,2

НСР05 = 0,24; Fф= 70,04; /ч = 3,93.

Из бобовых культур наибольшее влияние на урожайность пшеницы оказывала люцерна. Она превышала другие травы по этому показателю на 34,1^2,0 %. Это объясняется лучшим пищевым режимом и особенно большим содержанием азота в почве, которое обеспечивала люцерна. Такое положение подтверждается опытами с внесением азотных удобрений под яровую пшеницу перед посевом (30 кг д.в./га) и в подкормку (40 кг д.в./га).

Внесение азотных удобрений в 2011 г. повысило урожайность пшеницы после вико-овсяной смеси на 11,8 %; после бобовых трав - в среднем с 2,78 до 2,93 т/га, или на 5,4 %, а после небобовых трав - с 1,63 до 2,49 т/га, или на 52,7 %.

При этом заметно изменялась урожайность по вариантам опыта. Без внесения удобрений коэффициент вариации урожайности равнялся 30,3 %, а с их внесением -9,6 %. Это указывает на значительную роль азотных удобрений в повышении урожайности яровой пшеницы, особенно на вариантах с небобовыми предшественниками.

Отмечено повышение качества зерна пшеницы по сравнению с контролем, увеличение содержания клейковины на 11,8-18,3 %; белка - на 6,7-3,3 %.

В среднем за годы исследований азотные удобрения повысили урожайность зерна яровой пшеницы после вико-овсяной смеси на 5,0 %; после люцерны - на 3,2 %; после эспарцета - на 1,4 %; после лядвенца рогатого - на 2,0 %; после костреца безостого - на 46,4 %; после свербиги восточной - на 29,5 %; после щавеля - на 45,0 %. Прибавку урожайности от внесения азотных удобрений под яровую пшеницу после бобовых трав следует считать недостоверной, т. е. в пределах ошибки опыта (1,4— 3,2 %). Достоверная прибавка урожайности получена от применения удобрений после небобовых многолетних трав (29,5-46,4 %).

В среднем за годы исследований урожайность озимой пшеницы, посеянной на второй год после распашки многолетних бобовых трав, составила 2,562,87 т/га, а после небобовых - 1,81-1,97 т/га, или больше, чем после вико-овсяной травосмеси на 42,2-59,4 и 2,8-9,4 % (таблица 9).

Таблица 9 - Урожайность озимой пшеницы после яровой в среднем за годы исследований

Фитомелиорант Урожайность зерна, т/га Отклонение от контроля

без удобрений с удобрениями

т/га % т/га %

без удобр. с удобр.

1 .Вико-овсяная смесь (контроль) 1,80 1,93,. - - - -

2. Люцерна синяя 2.87 3,24 1,07 59,4 1,31 67,9

3. Эспарцет песчаный 2,56 2,85 0,76 42,2 0,92 47,7

4. Лядвенец рогатый 2,65 2,91 0,85 47,2 0,98 50,8

5. Кострец безостый 1,97 2,70 0,17 9,4 0,77 39,9

6. Свербига восточная 1,85 2,37 0,05 2,8 0,44 22,8

7. Щавель кормовой 1,81 2,50 0,01 0,5 0,57 29,5

НСР05= 0,28;^ф= 16,15; /4 = 3,93.

В среднем по вариантам урожайность пшеницы после бобовых трав равнялась 2,69 т/га, а после небобовых - 1,87 т/га. На вариантах с бобовыми травами урожайность озимой пшеницы превышала варианты с небобовыми травами на 0,82 т/га, или на 43,8 %. Наибольшую урожайность зерна озимая пшеница сформировала на варианте после люцерны синей - 2,87 т/га. Эспарцет как предшест-

венник уступал люцерне на 10,8 %; лядвенец - на 7,7 %; кострец безостый - на 31,3 %; свербига восточная - на 35,5 %; щавель кормовой - на 36,9 %. Заметное снижение урожайности озимой пшеницы на вариантах с небобовыми культурами можно объяснить недостатком в почве питательных веществ и особенно азота. Внесение удобрений увеличило урожайность озимой пшеницы, особенно на вариантах с многолетними небобовыми травами.

В среднем по годам озимая пшеница без внесения удобрений сформировала урожайность после бобовых трав 2,69 т/га, а после небобовых - 1,87 т/га, а при внесении удобрений - 3,0 и 2,52 т/га, или на 11,5 и 34,7 % больше. Наибольшие прибавки от внесения азотных удобрений получены при посеве озимой пшеницы после яровой на вариантах с небобовыми предшественниками.

Повторный посев озимой пшеницы на третий год после распашки многолетних трав выявил аналогичное изменение урожайности по вариантам с различными предшественниками (таблица 10).

Таблица 10-Урожайность повторных посевов озимой пшеницы

Фитомелиорант Урожайность зерна, т/га Отклонение от контроля

без удобрений без удобрений

без удобр. с удобр. т/га % т/га %

1. Вико-овсяная смесь (контроль) 1,32 1,44 - - - -

2. Люцерна синяя 2,10 2,26 0,78 59,1 0,82 56,9

3. Эспарцет песчаный 2,01 2,17 0,69 52,3 0,73 50,7

4. Лядвенец рогатый 2,11 2,23 0,79 59,8 0,79 54,9

5. Кострец безостый 1,63 2,05 0,31 23,5 0,61 42,4

6. Свербига восточная 1,42 1,90 0,10 7,6 0,46 31,9

7. Щавель кормовой 1,37 1,89 0,05 3,8 0,45 31,2

НСР05 = 0,038; />= 523,72; /V =3,93.

После вико-овсяной смеси озимая пшеница, посеянная после озимой пшеницы в 2013 г., при минимальной обработке почвы дисковой бороной на глубину 8-10 см сформировала урожайность зерна 1,32 т/га.

После бобовых трав средняя урожайность зерна составила 2,07 т/га, а после небобовых предшественников - 1,47 т/га, или на 40,8 % меньше. Наибольшую урожайность озимая пшеница сформировала после люцерны - 2,10 т/га.

После эспарцета на третий год после распашки трав урожайность снизилась на 4,3 %; после лядвенца рогатого практически не изменилась. После костреца безостого она уменьшилась на 22,4 %; после свербиги - на 32,4 %; после щавеля -на 34,8 %.

Внесение удобрений способствовало повышению урожайности озимой пшеницы на контрольном варианте (старопашне) на 9,1 %; на варианте после люцер-

ны - на 7,6 %; на варианте после эспарцета - на 8,0 %; после лядвенца - на 5,7 %; после костреца безостого - на 25,8 %; после свербиги - на 33,8 %; после щавеля кормового - на 37,9 %.

В среднем прибавка урожайности от применения азотных удобрений составила на вариантах после бобовых трав 7,1 %, а на вариантах после небобовых предшественников — 32,5 %. Это хорошо объясняется восполнением азота в почве при внесении удобрений после небобовых предшественников. Таким образом, для улучшения водно-физических свойств почвы на вариантах с многолетними небобовыми травами следует применять в первую очередь азотные удобрения в дозах, рассчитанных на прибавку урожайности.

В восьмой главе «Энергетическая и экономическая эффективность возделывания зерновых культур после фитомелиорации» рассчитана эффективность возделывания озимой и яровой пшеницы в первый, второй и третий годы после фи-томелиоративного периода. Коэффициенты энергетической эффективности после бобовых фитомелиорантов составили 5,45-5,83, а после небобовых - 4,08-4,53. Уровень рентабельности соответственно этим же вариантам опыта равнялся 131— 135 и 76-85%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Фитомелиоранты оставляют после себя пожнивно-корневых остатков от 8,7 до 12,6 т/га. После бобовых культур их поступало в почву на 7,8-44,8 % больше по сравнению с небобовыми.

С пожнивными остатками бобовых фитомелиорантов в почву поступало азота до 174-253 кг/га; фосфора - до 42,8-81,9 кг/га; калия - до 120,9-188,7 кг/га, а после небобовых - соответственно до 47-69 кг/га; 29,7-53,9 и 42,6-175,7 кг/га.

2. Содержание гумуса на вариантах с бобовыми фитомелиорантами возрастало на 0,18-0,19 %, а после небобовых-на 0,07-0,11 %.

3. После распашки бобовых фитомелиорантов агрофизические свойства почвы улучшались в большей степени, чем после небобовых. Под бобовыми травами количество агрономически ценных структурных агрегатов возросло на 11,2-12,2 , а после небобовых - 6,4—7,6 %, степень водопрочности повысилась на 8,3-12,7 и 3,0-4,0 %.

4. Плотность почвы после распашки фитомелиорантов снизилась с 1,22 до 1,12—1,16 г/см3 по сравнению со старопахотной почвой, пористость — с 54,8 до 56,4 %, пористость аэрации - с 22,0 до 25,7-26,4 %.

5. Перед посевом яровой пшеницы в слое 0-0,5 м запасы продуктивной влаги возросли после бобовых трав на 18,7-29,7 %; после костреца безостого - на 37,8 %,

а после свербиги и шавеля - на 13,1-14,2 %. В метровом слое содержание доступной влаги увеличилось в первом случае на 15,2-25,1 %, а во втором - на 29,3 и 10,7-11,3%.

6. После бобовых фитомелиорантов повышалось содержание азота, фосфора и калия соответственно на 7,6 мг/кг; 14,5 и на 15 мг/кг почвы. После небобовых многолетних трав по сравнению с контролем увеличение составило соответственно 2,4 и 10,0 г/кг. Повышения количества обменного калия не наблюдалось.

7. Многолетние травы в значительной мере подавляли сорную растительность. В большей степени этим свойством обладал кострец безостый.

В среднем за годы исследований бобовые травы снизили засорённость на 33,3-52,7 %; в том числе многолетними сорняками на 14,0-52,8 %; зимующими -в 2 раза.

После костреца безостого засорённость снизилась на 90 %, т. е. поля были практически полностью очищены от сорняков. После небобовых трав общая засорённость снизилась на 10,6-14 %, в том числе многолетними сорняками на 33,336,1 %. Следует отметить увеличение количества однолетних яровых, поздних и зимующих сорняков.

8. После фитомелиорации урожайность яровой пшеницы по сравнению с вико-овсяной смесью возросла на 41,4-76,4 %, а после щавеля и свербиги - на 2,2-16,3 %. Урожайность озимой пшеницы, посеянной на второй год после фитомелиоративного периода, увеличилась на 42,2-59,4 и 2,8-9,4 %, а на третий год - на 52,7-59, 8 и 3,823,5 %.

Отмечено повышение качества зерна пшеницы по сравнению с контролем, увеличение содержания клейковины на 11,8-18,3 %; белка - на 6,7-13,3 %.

9. Внесение удобрений способствовало повышению урожайности яровой пшеницы после небобовых трав на 41,2^43,3 %; озимой пшеницы, посеянной на второй год мелиоративного периода - на 22,8-39,9, а на третий год - на 31,242,4.

10. Использование многолетних трав в качестве фитомелиорантов энергетически и экономически выгодно. Коэффициент энергетической эффективности после бобовых трав составил 5,45-5,83, а после не бобовых - 4,08-4,53. Уровень рентабельности - соответственно 131-135 и 76-85 %.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Для повышения плодородия почвы и получения дешевого зерна яровой и озимой пшеницы 3,0-3,2 т/га в условиях засушливого климата Поволжья на чернозёмах южных необходимо применять фитомелиоранты. Их целесообразно использовать в зернотравяном звене севооборота с посевом яровой пшеницы в пер-

вый год после мелиоративного периода и озимой пшеницы на второй и третий годы при минимальной обработке почвы дисковой бороной. Предпочтительнее использовать в качестве фитомелиорантов люцерну, эспарцет и лядвенец. При фи-томелиоративных приемах с не бобовыми культурами (кострец, свербига и щавель) необходимо вносить под пшеницу минеральные азотные удобрения до 70 кг д.в./га в два срока — до посева и в подкормку.

Перспективы дальнейшей разработки темы:

Дальнейшее исследование вопросов фитомелиорации способствует разработке экономически выгодных агроприемов предотвращения различных деградаций черноземов в Поволжье.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

1. Шестёркин, Д. Г. Перспективные кормовые культуры для чернозёмной зоны Поволжья / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, Д. Г. Шестёркин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2012. - № 3. - С. 30-33.

2. Шестёркин, Д. Г. Фитомелиоративная характеристика многолетних трав как предшественников для зерновых культур в травяном звене полевого севооборота / Е. П. Денисов, К. Е. Денисов, Д. Г. Шестёркин, А. П. Солодовников // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2012. - № 5. -С.13-16.

3. Шестёркин, Д. Г. Многолетние травы как предшественники и фитомелио-ранты зерновых культур / Е. П. Денисов, Д. Г. Шестёркин, Н. П. Молчанова, Р. 3. Тугушев // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. -2013. -№ 11. - С.16-20.

Статьи в сборниках научных конференций

4. Шестёркин, Д. Г. Влияние многолетних трав на урожайность зерновых культур / Е. П. Денисов, Д. Г. Шестёркин, Р. 3. Тугушев // Инновационные технологии в АПК : теория и практика. - Пенза, 2013. - С. 75-79.

5. Шестёркин, Д. Г. Перспективные культуры чернозёмной зоны Поволжья / Е. П. Денисов, Д. А. Уполовников, Д. Г. Шестёркин, Б.З . Шагиев // Материалы Международной научно-практической конференции, посвящённой 125-летию со дня рождения академика Н. И. Вавилова / ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». -Саратов, 2012. - С. 275-276.

Подписано в печать 15.11.2013. Формат 60x84'/¡^

_Печ.л. 1,0. Тираж 100. Заказ №280/269._

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл., 1

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Шестёркин, Дмитрий Геннадьевич, Саратов

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.И. ВАВИЛОВА

На правах рукописи

Шестёркин Дмитрий Геннадьевич

Эффективность фитомелиорации в повышении плодородия чернозёма южного и урожайности зерновых культур в Поволжье

06.01.02 - мелиорация, рекультивация и охрана земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

научный руководитель -доктор с.х. наук, профессор Денисов Е.П.

Саратов -2013

Содержание

Введение 3

1. Обзор литературы 8

1.1 Деградация почв при традиционных системах земледелия 8

1.2 Пути предупреждения деградации почв, средообразующая роль культурных растений 12

1.3 Многолетние травы как фитомелиоранты 17

1.4 Обработка почвы и ее влияние на плодородие 19

2. Условия, схема и методика проведения исследований 35

2.1 Почвы 35

2.2 Климат 37

2.3 Погодные условия 38

2.4 Схема опыта 44

2.5 Методика проведения исследований 44

3. Влияние фитомелиорации на органическое вещество почвы 46

3.1. Количество пожнивно-корневых остатков многолетних трав за годы исследований 46

3.2 Изменение содержание гумуса в почве под влиянием фитомелиорации 52

4. Водно-физические свойства почвы 58

4.1. Структура почвы 58

4.2. Плотность почвы 64

4.3. Пористость почвы 69

5. Влияние многолетних трав на запасы продуктивной влаги в почве 83

6. Влияние фитомелиорантов на пищевой режим почвы и засоренность 92

6.1. Пищевой режим 92

6.2 Засоренность 100

7. Урожайность зерна яровой и озимой пшеницы 108

8. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания зерновых культур после фитомелиорации 118

Заключение 127

Список литературы 130

Приложения 163

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. При современной традиционной системе земледелия в условиях дефицита техногенных средств повышения плодородия почвы, отмечается устойчивая её деградация и снижение урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе и пшеницы. В последнее время возникла проблема с качеством зерна этой культуры.

Интенсивная обработка почвы приводит к разрушению структуры, снижению водопроницаемости и усилению водной эрозии. В Правобережье Саратовской области более чем 63% пахотных земель относятся к склоновым типам агроландшафтов, которые подвержены в той или иной степени водной эрозии(А.И. Шабаев). Это определяет особенность ведения хозяйств, соответствующий набор культур и сортов, специальных севооборотов, применение дифференцированных приёмов мелиорации, технологии сберегающего земледелия с минимальной обработкой почвы и т.д.

В Саратовской области эрозии подвержено более 50% пашни, при этом теряется большое количество почвенной влаги, гумуса, азота, доступного фосфора и обменного калия.

Выход из создавшегося положения кроется в биологизации и адаптации систем земледелия к природным ландшафтам, где основным фактором его формирования являются фиторесурсы (В.В. Докучаев, В.И. Вернадский, A.A. Жученко, А.Н. Каштанов, А.И. Шабаев и д.р.). Биологизация земледелия, где важным элементом считается фитомелиорация, основана на широком использовании растений и особенно многолетних трав (Денисов Е.П., Уполовников Д.А., Солодовников А.П. и др.). Многолетние травы в силу отсутствия обработок почвы и обогащения её органическим веществом в течении произрастания их на поле 4-5 лет и более в сочетании с минимальной обработкой почвы при выращивании последующих культур значительно улучшают структуру, повышают содержание гумуса, уменьшают сток и снижают последствия эрозионных процессов в течении длительного мелиоративного периода.

Данная работа является продолжением путей развития адаптивно-ландшафтных систем земледелия, что и составляет её научно-теоретическую и практическую актуальность.

Степень разработанности темы. Приёмы использования фиторесурсов для повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур недостаточно полно определяют проблему восстановления плодородия почвогрунта. Основы использования растений, в том числе и многолетних трав, для повышения устойчивости агроландшафта и повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий отражены в трудах И.С. Шатилова (1969), А.Н. Каштанова (2008), А.А. Жученко (1990), А.И. Шабаева (2004), Г.Г. Решетова (2008) и д. р. Важно исследовать эффективность последействия применения фитомелиорантов при выращивании яровой и озимой пшеницы с использованием удобрений и минимальной обработки почвы. Этот вопрос практически не изучен.

Цель работы - дать теоретическое обоснование и разработать фитомелиоративные приёмы восстановления плодородия смытых чернозёмов южных и повышения урожайности яровой и озимой пшеницы в зернотравяном звене севооборота с насыщением зерновых культур до 50 % и при минимальной обработке почвы.

Задачи исследований:

- определить поступление свежего органического вещества, биологического азота, фосфора и калия в почву с пожнивно-корневыми остатками фитомелиорантов;

- выявить влияние фитомелиорации на изменение органического вещества чернозёма южного;

- исследовать изменение агрофизических свойств чернозёма под влиянием фитомелиорантов после мелиоративного периода;

- изучить формирование запасов продуктивной влаги под зерновыми культурами в весенний период под действием фитомелиорации;

- проанализировать изменение агрохимических свойств чернозёма при посеве яровой и озимой пшеницы после фитомелиорации;

- установить влияние фитомелиорантов на засорённость посевов яровой пшеницы;

- определить действие многолетних трав как фитомелиорантов на урожайность яровой и озимой пшеницы в звене зернотравяного севооборота: многолетние травы - яровая пшеница - озимая пшеница - озимая пшеница;

- рассчитать биоэнергетическую и экономическую эффективность использования многолетних трав в качестве фитомелиорантов при возделывании яровой и озимой пшеницы.

Научная новизна исследований. Теоретически обоснована роль фитомелиоративных приёмов в сохранении и воспроизводстве плодородия смытых чернозёмов южных. Доказано преимущество различных нетрадиционных многолетних бобовых (лядвенец рогатый) и небобовых (свербига восточная и щавель кормовой) трав, используемых в качестве фитомелиорантов, на поступление в почву органического вещества в виде пожнивно-корневых остатков по сравнению с однолетними культурами и воздействие их на содержание гумуса и питательных веществ в почве при 4-х летнем мелиоративном периоде. Разработаны приёмы улучшения структурного строения почвы, снижение плотности и повышение пористости после распашки трав по сравнению со старопахотной почвой (контролем). Обоснованы особенность формирования запасов продуктивной влаги к моменту посева яровой пшеницы после трав, увеличение в 2-3 раза нитратного азота и доступного фосфора после бобовых трав в почве по сравнению с небобовыми. Установлено влияние различных многолетних трав на снижение засорённости последующих зерновых культур. Выделен кострец безостый, как один из самых эффективных фитомелиорантов в подавлении сорняков. Доказана достоверность увеличения урожайности яровой пшеницы после фитомелиорации.. Она возрастала на 41,4 - 76,4 % после бобовых трав, и после свербиги и щавеля - на 2,2 - 16,3%. Озимая пшеница повышала

урожайность соответственно на 42,2 - 59,4 и 2,8 - 9,4 %. Для реализации улучшения водно-физических свойств почвы небобовыми травами необходимо вносить под зерновые, посеянные после их распашки, минеральные азотные удобрения.

Внесение азотных удобрений при этом повышало урожайность яровой пшеницы на 41,2 - 43,3%, а озимой - на 22,8 - 39,9 %, т.е. до уровня бобовых предшественников. Рассчитаны энергетическая и экономическая эффективность при возделывании зерновых культур и фитомелиорантов. Так же рассчитана энергетическая эффективность повышения плодородия почвы при использовании изученных фитомелиорантов.

Теоретическое значение и практическая значимость. Теоретически обоснованно положительное влияние фитомелиорации на воспроизводство плодородия смытого чернозёма. Практическая значимость заключается в конкретных рекомендациях по использованию бобовых и небобовых трав в качестве фитомелиорантов в зернотравяных звеньях полевых севооборотов с насыщением зерновыми культурами до 50 % с целью получения урожайности зерна яровой пшеницы 2,9 - 3,2 т/га, озимой пшеницы после яровой - 2,5 - 3,0 т/га и озимой пшеницы в повторном посеве 2,2 - 2,3 т/га без применения чистого пара при минимальной обработке почвы. После небобовых предшественников костреца безостого, свербиги восточной и щавеля кормового для получения 3,0 - 3,5 т/га зерна яровой и озимой пшеницы необходимо вносить по 70 кг действующего вещества азотных удобрений на гектар в два приёма - до посева и в подкормку.

Методология и методы исследования базируется на современных исследованиях практической мелиорации и частных методик проведения полевых и лабораторных эксперимента. Были использованы системный подход, методы анализа и синтеза, индукции и дедукции, обобщения, наблюдения, сравнения, классификации. Расчёты и обработка результатов выполнялись методом математической статистики с применение пакетов прикладных программ Statistika 7.0 и Mikrosoft Excel.

Положения выносимые на защиту:

- сравнительная оценка влияния фитомелиорации на агрофизические и агрохимические свойства чернозёма южного;

- особенности накопления весенних запасов продуктивной влаги перед посевом яровой пшеницы после различных фитомелиорантов;

- возможность создания бездефицитного баланса гумуса и питательных веществ в почве на посевах яровой и озимой пшеницы после фитоме л иор ации;

- значение фитомелиорации в снижении сорной растительности в посевах яровой и озимой пшеницы;

- особенности формирования урожайности яровой и озимой пшеницы под влиянием многолетних трав;

- энергетическая и экономическая оценка использования различных многолетних трав как фитомелиорантов при возделывании культур в зернотравяном севообороте.

Достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследований, опробированностью и корректностью используемых методик, необходимым объемом проведённых анализов, замеров, наблюдений, обработкой экспериментального материала математическими методами дисперсионного анализа, проверкой результатов исследований.

Апробация результатов научных исследований. Результаты исследований были доложены на внутривузовских, всероссийских и международных научных конференциях (г. Саратов, 2011, 2012, 2013). Результаты внедрены в СХГЖ «Дружба» Ровенского района и ООО «Гис-Агро Балаково» Балаковского района Саратовской области на площади 720 га.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Общий объём публикаций 1,8 печатных листа в том числе 1,0 печатный лист лично автора.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Деградация почв при традиционных системах земледелия

Наиболее слабым звеном в системе сельскохозяйственного производства является пашня, испытывающая наиболее сильные и постоянные антропогенные нагрузки. Преобладание однолетних культур и особенно пропашных, требует значительных материальных затрат на обработку почвы, внесение удобрений, гербицидов, способствуют развитию эрозионных процессов, де-гумификации почв, опустыниванию земель. Нередко сельскохозяйственное изменение территории превосходит экологически допустимые пределы и при этом теряется способность агроландшафтов к саморегуляции, что приводит к их разрушению (В.И. Кирюшин 1996; С. Лорензати, 2008; И.А. Трофимов, З.Ш. Шамсутдинов, Л.С. Трофимова, Э.З. Шамсутдинова, 2010).

С урожаем сельскохозяйственных культур выносится элементов питания больше, чем их поступает в почву с минеральными и органическими удобрениями. Около 70 млн. га обрабатываемых земель имеют повышенную кислотность, 56 млн. га - низкое содержание гумуса, более 25 млн. га - низкое содержание доступного фосфора и 12 млн. га -низкое содержание доступного калия (Г.А. Романенко, 2008; A.B. Гордеев, Г.А. Романенко, 2008; А.Л. Иванов, A.A. Завалин, 2010). Процесс опустынивания продолжается на площади более 50 млн. га, половина которых (45%) находится в Поволжском федеральном округе. Опустынивание на 87% обусловлено антропогенными факторами и только на 13% - природными изменениями (Г.А. Романенко, 2007; В.М. Косолапов, И.А. Трофимов, 2009; И.А. Трофимов, З.Ш. Шамсутдинов, Л.С. Трофимова, Э.З. Шамсутдинова, 2010).

Многие авторы в своих работах отмечают, что при современных системах земледелия отмечается резкое снижение содержания гумуса в почве (Д.С. Орлов, 1990; А.М. Гаврилов, 1997; Г.Г. Решетов, Б.П. Барцев, 1997;

H.B. Смолин, 1998; Е.П. Денисов, Ю.Д. Агеев, А.П. Царев и др., 1999; В.М. Красницкий; Ю.И. Ермохин, 1999; В.И. Филин, М.М. Оконов, 2004; И.А.Трофимов, 2005; И. Ушачев, А. Югай, 2008). За последние 40 лет черноземами России потеряно 40 см плодородного слоя почвы (A.C. Яковлев, 2008).

По данным научных учреждений Центрально-Черноземной зоны за последние 100 лет содержание гумуса уменьшилось на 25-40%, а ежегодные его потери составляли 0,6-0,9 т/га. Главные причины этого - недостаточное поступление в почву свежего органического вещества, усиленная минерализация гумуса в связи с чрезмерной обработкой почвы, увеличением площади пропашных культур, чистого пара и усиление эрозии почвы (A.B. Дедов, Н.И. Придворев, В.В. Верзилин, Л.П. Кузнецова, 2003).

В Среднем Поволжье вследствие минерализации гумуса годовые потери составляют 1,3 - 2,0 т/га. В Татарстане за последние 35 лет содержание гумуса в почве снизилось на 0,7% (с 6,6 до 5,9%), в республике Башкирии - с 9,0 до 6,8% (Ф.Х. Хазиев, А.Х. Мукатанов, Ф.Я. Багаутдинов и др., 1991; Ф.Х. Хазиев, А.Х. Мукатанов, И.К. Хабиров и др., 1996; Ш.А. Алиев, A.C. Салихов, 1999).

Процессы дегумификации отмечаются и на почвах Саратовской области. По почвенному мониторингу, проведенного научными работниками НИ-ИСХ Юго-Востока и НИИ «Южгипрозем», основные типы почв Саратовской области в процессе сельскохозяйственного использования потеряли от 30 до 50% запасов гумуса. В западных районах области, представленные типичными и тучными черноземами, содержание гумуса уменьшилось с 10-12% до 6-7%, в выщелоченном черноземе - с 8-10 до 4-7%. Каштановые почвы потеряли до 40% гумуса (А.И. Шабаев, 1985; Д.П. Гостищев, М.И. Пушко, 1999; В.И. Воронин, 2000; В.Д. Иванов, Е.В. Кузнецова, 2003; М.П. Чуб, И.Ф. Медведев, Н.В. Потатурина, 2003;).

Нарушение природного почвообразовательного процесса, в результате распашки территорий приводит к постепенному изменению агрохимических и водно-физических свойств почвы. Длительное сельскохозяйственное использование повышает гидрофильность поверхности минеральных частиц, уменьшает общую пористость, поэтому пахотный слой почвы быстро уплотняется после обработки (П.К. Иванов, Л.И. Коробова, 1969; А.И. Дигимас, 1989; Н.В. Коломиец, Н.И. Драган, 1991; И.М. Доценко, 1999; Н.Р. Хамраев, Л.Н. Побережский, Н.Г. Давранова, 1999; А.П. Щербаков, И.И. Васенев, В.Т. Лобков, 2001).

Увеличение плотности сложения почвы приводит к снижению деятельности полезной почвенной микрофлоры, количество бактерий, грибов, микроорганизмов в пахотном слое почвы снижается в 1,5-2 раза, актиномице-тов - в 3 раза и нитрифицирующих бактерий - на 30 %, что уменьшает запасы доступных элементов питания и снижает урожайность сельскохозяйственных культур на 20 - 40% (И.С. Рабочее, И.Е. Королева, 1983; В.В. Черенков, Н.Л. Кутовая, 1996; Б.А. Алев, 2002; В.А. Семыкин, 2002; Г.Ф. Колосов, Н.В. Печенкина, Р.В. Мифтахов, 2007; Е. Scheffler, R. Ehrhardt, KH.Morstein, Н. Rogasik, 1982; D. Werner, U. Pittelkow, W. Xylander, Unger H., 1986).

При традиционных системах земледелия происходит изменение в количественных соотношениях обменных катионов. По данным З.Г. Джанаева (2006) на обыкновенных черноземах Западного Предкавказья за 50-60 лет убыль оснований составила 41% в пахотном слое, еще выше она была в подпахотном горизонте - 45%.

На черноземных почвах Ставрополья, за последние 15-20 лет произошли существенные потери кальция из ППК. В пахотном слое обыкновенного чернозема содержание поглощенного кальция снизилось с 29,5 до 22,9 мг-экв/100 г, или на 22%, типичного чернозема - на 13% (А.И. Подколзин, С.Н. Шкабарда, 2008).

Черноземы Среднего Поволжья характеризовались степенью насыщенности основаниями более 90%, суммой оснований 35-45 мг-экв/100 г почвы, но в настоящее время сумма оснований колеблется от 28,2 до 38,5 мг-экв/100 г почвы, а степень насыщенности ими не превышает 78,5-91,4% (С.М. На-дежкин, Т.Б. Лебедева, М.В. Арефьева, 2006).

О снижении запасов кальция при сельскохозяйственном использовании земли в своих работах излагают многие ученые (Н.С. Кистанов, Л.П. Хвосто-ва, 1979; Б.И. Костин, П.Г. Гребенюков, 1981; A.A. Литвинова, C.B. Югай, 1982; А.Н. Каштанов, A.C. Извеков 1994).

При недостатке кальция уменьшается степень насыщенности почв основаниями и снижается их буферность, что приводит к подкислению, ухудшается структура почвы, котороя выражается в увеличении доли глыбистой и распыленной фракции (И