Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Эффективность прямого действия и последействия удобрений на яровую пшеницу при систематическом применении в севообороте

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Луценко, Роман Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1, Биологические особенности яровой пшеницы.

1.2. Влияние систематического применения удобрений на изменение плодородия почвы и продуктивность яровой пшеницы.

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДШСА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Почвенно-климатические и метеорологические условия.

2.2 Методика исследований.

3. ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ИЗМЕНЕНИЕ ПИЩЕВОГО РЕЖИМА И НЕКОТОРЫХ АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО.

3.1 Динамика содержания нитратного и аммонийного азота в почве.

3.2 Динамика содержания подвижного фосфора и обменного калия в почве.

3.3 Изменение содержания гумуса и некоторых физико-химических показателей чернозема типичного под влиянием систематического применения органических и минеральных удобрений в севообороте.

4. ВЛИЯНИЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ И ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ УДОБРЕНИЙ НА НАКОПЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕЙ И ВЫНОС ИХ УРОЖАЕМ.

5. УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО ЗЕРНА ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРЯМОМ ДЕЙСТВИИ И ПОСЛЕДЕЙСТВИИ УДОБРЕНИЙ.

5.1. Влияние удобрений на стр)пктуру и урожайность яровой пшеницы.

5.2. Влияние удобрений на качество зерна яровой пшеницы.

5.3. Влияние условий минерального питания на накопление нитратов в растениях яровой пшеницы.

5.4. Регрессионные модели системы «азот почвы-нитраты растений».,.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПОД ЯРОВУЮ

ПШЕНИЦУ.

ВЬШОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Эффективность прямого действия и последействия удобрений на яровую пшеницу при систематическом применении в севообороте"

Отечественный и мировой Опыт показывает, что одно из ведущих направлений роста производства сельскохозяйственной продукции - рациональное использование удобрений. В условиях интенсивного земледелия растения должны обеспечиваться питательными веществами в течение всего периода вегетации в количествах и соотношениях, необходимых для получения высоких урожаев.

Плодородие почв является материальной основой получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Постоянная забота о сохранении и повышении плодородия почв, озфана ее от порчи и загрязнения является одной из основных экологических и социально-экономических задач сельскохозяйственных товаропроизводителей и государства (Постановление Правительства РФ от 17 ноября 1992 года № 879 «О Государственной комплексной программе повышения плодородия почв России»; Романенко Г.А., 1995)

Современная система земледелия предполагает использование оптимальных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, включающих комплексное рациональное применение минеральных и органических удобрений и средств защиты растений, которые являются основой расширенного воспроизводства плодородия пахотных почв и создания устойчивых урожаев высокого качества.

Для современного этапа развития агрохимии характерен комплексный подход к изучению взаимодействия удобрений с почвой и растениями и оценки эффективности удобрений не только с точки зрения агрономической и экономической, но и сточки зрения экологической, то есть с позиций воздействия их на окружающую среду в агроценозе, а также рассмотрения аспектов энергосбережения.

Плодородие и питательный режим почвы - факторы, которые поддаются эффективному воздействию человека и выступают как одно из главных средств повышения урожайности яровой пшеницы. Причем, удобрения тем более эффективны, чем ниже естественное плодородие почв и лучше обеспеченность другими факторами, и, прежде всего влагой.

Многочисленные данные свидетельствуют, что в удовлетворительные, а тем более в хорошие по увлажнению годы урожайность яровой пшеницы на черноземах лимитируется уже не факторами влаги, а питательным режимом почвы. Поэтому создание оптимального пиш;евого режима является важнейшим условием получения высоких и устойчивых урожаев зерна яровой пшеницы хорошего качества.

До последнего времени в основных районах возделывания озимой пшеницы, в том числе Центрально-Черноземной зоне, яровая пшеница использовалась в основном как страховая культура в случае гибели озимых. Но в последние годы площади её посевов в зоне возрастают, и она вводится в состав севооборотов.

На практике в хозяйствах многоотраслевого направления основное внимание уделяется удобрению сахарной свеклы и других технических культур, озимой пшеницы, кукурузы на силос. Остальные культуры получают удобрения при посеве в рядки и используют питательные вещества в последействии.

Поэтому совершенно очевидна и актуальна постановка вопроса об изучении системы удобрения яровой пшеницы в севообороте при систематическом применении удобрений. Имеющиеся немногочисленные данные в зоне, полученные по результатам краткосрочных полевых опытов не дают ответа на многие Практические вопросы по применению удобрений под яровую пшеницу.

Целью настоящей работы является изучение влияния систематического применения удобрений в зернопаропропашном севообороте как в прямом действии, так и последействии на урожайность и качество зерна яровой пшеницы, а также на агрохимические показатели плодородия чернозема типичного в условиях лесостепи ЦЧЗ. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

- изучить влияние систематического применения удобрений на пищевой режим чернозема типичного и его динамику на посевах яровой пшеницы;

- установить влияние систематического применения органических и минеральных удобрений на изменение содержания гумуса и некоторых физико-химических показателей чернозема типичного;

- выявить влияние прямого действия и последействия удобрений на накопление элементов питания яровой пшеницей и вынос их урожаем;

- сравнить влияние прямого действия и последействия различных доз? удобрений на урожайность и качественные показатели зерна яровой пшеницы;

- оценить влияние прямого действия и последействия удобрений на загрязнение нитратами основной и побочной продукции яровой пшеницы;

- дать экономическую и энергетическую оценку применения удобрений под яровую пшеницу на черноземе типичном лесостепи ЦЧЗ.

В наших исследованиях впервые в условиях лесостепи ЦЧЗ на типичном черноземе в многолетнем стационарном полевом опыте изучено влияние прямого действия и последействия органических и минеральных удобрений в севообороте на урожай и качество зерна яровой пшеницы.

Было проведено сравнительное изучение расчетных методов определения доз минеральных удобрений на запланированный урожай яровой пшеницы. Установлено, что наиболее эффективным оказался метод расчета доз удобрений на запланированный урожай по нормативам затрат элементов питания на единицу продукции.

В результате проведенных исследований бьшо установлено, что на типичном черноземе со средним содержанием фосфора и высоким содержанием калия в парозернопропашном севообороте лесостепи ЧЦЗ последействие двойной дозы удобрений внесенных под сахарную свеклу по влиянию на урожайность яровой пшеницы не уступало прямому действию удобрений. Поэтому экономически выгодно, и энергетически целесообразно по хорошо удобренному предшественнику под яровую пшеницу удобрения не вносить.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ВГАУ в 1999-2000 годах. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и одна находится в печати.

На обсуждение специализированного Совета выносятся следующие основные положения:

- систематическое применение органических и минеральных удобрений в севообороте на типичном черноземе значительно повышало содержание доступных для растений питательных веществ;

- наиболее высокое содержание доступных для растений питательных элементов в почве наблюдалось при внесении минеральных удобрений непосредственно под яровую пшеницу;

- интенсивное использование чернозема типичного приводит к ухудшению показателей почвенной кислотности. Причем снижение величины рН, рост гидролитической кислотности и уменьшение степени насыщенности почвы основаниями происходит не только на удобряемых вариантах, но и на контроле;

- за 4 ротации севооборота произошло снижение содержания гумуса в почве как на не удобряемом контроле, так и на вариантах с внесением минеральных и органических удобрений. На вариантах с внесением навоза как отдельно, так и в сочетании с одинарной дозой минеральных удобрений наблюдается тенденция к стабилизации содержания гумуса в почве;

- удобрения как в прямом действии, так и последействии оказывали значительное влияние на накопление азота, фосфора и калия в растениях в 8 течение вегетации, а также на содержание этих элементов в зерне и соломе яровой пшеницы;

- наиболее высокие урожаи яровой пшеницы были получены на вариантах с прямым действием удобрений, доза которых рассчитьшалась на запланированный урожай яровой пшеницы по нормативам затрат элементов и и и и и питания и последействием двойной дозы минеральных удобрений, внесенной под сахарнуй) свеклу.

- применение удобрений способствовало большему накоплению нитратов в растениях яровой пшеницы по сравнению с контролем. Однако на всех вариантах с внесением удобрений не наблюдалось накопления нитратов в зерне и соломе выше предельно допустимых концентраций;

- при выращивании яровой пшеницы на типичном черноземе в паро-зернопропашном севообороте наиболее экономически выгодным и энергетически целесообразным было последействие двойной дозы минеральных удобрений, внесенных под предшественник (сахарная свекла) и последействие навоза в дозе 30 т/га, внесенного в пар.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Биологические особенности яровой пшеницы

Знание важнейших биологических особенностей яровой пшеницы (особенности ее роста и развития, закономерности формирования основных вегетативных, генеративных органов и семян) лежит в основе построения ее рациональной агротехники.

Пшеница - одна из основных, наиболее распространенных зерновых продовольственных кулыур. На долю пшеницы в мире приходится 35 % общего производства зерна. Половина посевов и валовых сборов зерна пшеницы приходится на яровую. Наиболее ценны сорта мягких сильных и твердых яровых пшениц с повышенным содержанием белка (Бараев А.И., 1978).

Зерно мягкой яровой пшеницы дает высококачественную муку (сильные и ценные сорта) для выпечки хлебобулочных изделий. Мука сильных сортов является улучшителем для слабых сортов. Зерно твердой яровой пшеницы используют для приготовления лучших сортов макарон, вермишели, крупы. Зерно мягкой и твердой яровой пшеницы имеет высокое содержание белка (14-16 % - мягкая, 15-18 % -твердая) и клейковины 28-40 %. (Коренев Г.В., Подгорный П.И., Щербак СП., 1990).

Ценность зерна пшеницы по сравнению с зерном других культур, даже более ценных по химическому составу, состоит в том, что его белки (в основном глиадины и глютенины) при набухании в воде образуют своеобразный белковый комплекс - клейковину, которая обладает упругостью и растяжимостью. Благодаря этим свойствам клейковины при замесе тесто образует упругую сетку, которая придает ему связность, удерживает углекислый газ и обеспечивает большой объем хлеба и мелкопористую структуру его мякиша (Житков Л.А., 1989). Пшеничный хлеб отличается высокими вкусовыми качествами и по питательности и переваримости превосходит хлеб из муки всех других зерновых культур. В 100 г пшеничного хлеба содержится 245255 ккал, а в 100 г макарон и манной крупы 355-358 ккал. Из зерна яровой пшеницы можно вырабатывать спирт, крахмал, декстрин. Отходы мукомольного производства (отруби, мучная пыль), солома и полова идут на корм животным (Иванов П.К., 1971).

Яровая пшеница - однолетнее растение. Продолжительность жизни от посевов до созревания колеблется от 70-80 до 120-130 дней. Жизненный цикл яровой пшеницы делится на следующие фенологические фазы: набухание и наклевывание семян, прорастание, всходы, третий лист, кущение, выход в трубку, стеблевание, цветение, молочное состояние, восковая и полная спелость зерна. Большинство яровых пшениц принадлежит к факультативно длиннодневным растениям. Быстрее всего они колосятся при длинном дне (16-18 ч). При выращивании на коротком дне они также колосятся, но с большей или меньшей задержкой (Кумаков В.А., 1980).

Яровая пшеница - растение невысокое (до 90-110 см), куститься слабо (продуктивное кущение 1,2-1,5), имеет слаборазвитую корневую систему.

Яровая пшеница культура холодостойкая: зерно прорастает при температуре 2 ° С, а жизнеспособные всходы появляются при 4-5 А С, всходы появляются быстро (на 7 день) при температуре посевного слоя почвы 12-15 а С. Всходы пшеницы переносят кратковременные заморозки (утренники) до -6 А С, а во время цветения и налива растения и зерно повреждаются заморозками -1.-2 а С (морозобойное зерно). Продолжительность периода от всходов до кущения составляет 15-22 дня. Ко времени кущения первичные корни пшеницы углубляются на 50 см, а к фазе колошения - 100А130 см. Узловые корни начинают появляться в фазе 3-4-го листа и развиваются только при наличии влаги в почве. Период образования вторичных корней короткий - от формирования узла кущения до вькода в трубку (Коренев Г.В., Подгорньй П.И., Щербак СП., 1990).

Продолжительность кущения у пшеницы в зависимости от условий колеблется от 11 до 26 дней. Формирование колоса начинается очень рано - в фазе 3-го листа. Недостаток влаги, N и Р в этот период отрицательно влияет на развитие колоса и приводит к >лменьшению числа колосков в нем.

Вследствие невысокой усваивающей способности корневой системы и относительно слабого ее развития, яровая пшеница очень требовательна к плодородию почвы. ЛзЛчшими для нее считаются черноземные и темно-каштановые почвы. Тяжелые глинистые и легкие песчаные почвы для нее не пригодны. Яровая пшеница плохо переносит кислые и засоленные почвы (Перекагаьский Ф.М., 1961; Иванов П.К., 1971; Бараев А.И., 1978; Кумаков В.А., 1988)

По требованию к влаге яровая пшеница среди яровых хлебов занимает среднее место. В этом отношении она более требовательна, чем яровой ячмень, и менее чем овес. Транспирационный коэффициент мягкой пшеницы равен 415, твердой - 406. Критический период для яровой пшеницы по отношению к влаге - время от выхода в трубку до колошения, то есть период образования репродуктивных органов. При недостатке влаги в почве в этот период, а также в период формирование-налив зерна урожайность пшеницы резко снижается. Потребление воды яровой пшеницей за вегетационный период распределяется по фазам роста и развития следующим образом (в %): всходы - 7, кущение - 15-20, выход в трубку-цветение - 50-60, молочное состояние - 20-30, восковая спелость - 5. (Коренев Г.В., Подгорный П.И., Щербак СП., 1990).

При весенних запасах влаги в метровом слое почвы менее 100 мм создается напряженное положение для пшеницы, а при наличии менее 60 мм невозможно получить даже низкий урожай зерна.

Первый из основных вопросов физиологии питания яровой пшеницы -потребность ее в отдельных элементах. В качественном отношении, то есть в отношении списка используемых для питания элементов, яровая пшеница не отличается от других растений. Кроме углерода, кислорода и водорода, поступающих в растение главным образом в составе углекислого газа и воды, пшеница в наибольших количествах потребляет К, Р, 8, К, Са, М§, Ре, На, 81. Кроме названных элементов для нормального роста и развития яровой пшеницы необходимы микроэлементы: МЬ, В, Си, 2п, Со, Мо (Кумаков В.А, 1980).

Гораздо более сложным оказывается определение количественной потребности яровой пшеницы в элементах питания, поскольку она зависит от сочетания других условий роста и развития, от возможных урожаев биомассы.

Основной практически доступный метод оценки состоит в определении выноса элементов питания с урожаем, хотя вынос элементов питания и потребность в них не одно и то же. Для точного определения выноса необходимо учесть всю биомассу, включая корневые и пожнивные остатки. К сожалению, данные о массе корней немногочисленны и противоречивы. В большинстве слзЛаев она составляет от 10 до 20 % всей биомассы посева яровой пшеницы, а пожнивные остатки (стерня) - от 8 до 12 %. Таким образом, убираемая часть составляет приблизительно 75 % общей биомассы. В среднем для производства 1 ц зерна яровой пшеницы требуется 4,8-6,1 кг М, 1,6 кг Р2О5 и 2,6-3 кг К2О. Эти цифры рассчитаны для средней фактической урожайности 10-25 ц/га. При меньших урожаях потребность в элементах питания обычно возрастает, особенно азота, а при больших, несколько снижается. Как видно, пшеница потребляет гораздо больше азота, чем фосфора и калия (Кумаков В.А., 1980).

Определение валовой потребности яровой пшеницы в элементах питания нельзя смешивать с определением потребности в удобрениях, поскольку с одной стороны, часть потребности растений покрывается самой почвой, а с другой, внесенные удобрения используются далеко не полностью.

Яровая пшеница начинает поглощать азот с первых дней после прорастания и высокая потребность в нем сохраняется вплоть до молочной спелости зерна. Максимальное поступление азота отмечается в период от фазы кущения до колошения, когда за 25-30 дней пшеница накапливает 50-60 % этого элемента, а всего к этой фазе накопление азота составляет 70-80 %, тогда как сухой массы создается к этому времени лишь 50-60 %. Интенсивное поглощение азота в первой половине вегетации связано с ростом листьев и корней. После цветения в период формирования и налива зерна также необходим большой приток азота, который удовлетворяется уже за счет внутренних резервов элемента, освобождающегося при распаде белков стареющих листьев и частей стебля.

При удобрении пшеницы исключительно важна сбалансированность между азотом и фосфором. Преобладание азота ухудшает рост корней, снижает засухоустойчивость и устойчивость к полеганию, ведет к чрезмерному развитию вегетативной массы. Отрицательное воздействие избытка фосфора на практике наблюдается реже и проявляется в некотором замедлении темпов роста, снижении озерненности колоса, ухудшении качества зерна. (Бараев А.И., 1978;КумаковВ.А„ 1980).

Потребность в фосфоре сохраняется в течение всей жизни растения, и он поглощается с момента прорастания семян и до молочной спелости зерна. Особенно необходим элемент растениям в начальный период вегетации, когда энергично протекают ростовые и синтетические процессы, а также в период формирования и налива зерна, при котором активно синтезируются запасные белки и крахмал.

Благодаря особому значению в энергетике растений фосфор положительно влияет на усвоение ими азота, окисленная нитратная форма которого прежде чем войти в состав белков и других органических соединений, должна быть восстановлена, что требует значительных затрат энергии. При недостатке фосфора в растениях накапливаются свободные нитраты, восстановление которы5Л а, следовательно, и синтез белков, задерживается.

Калий не входит в состав каких-либо органических соединений, но играет в жизни растений очень важную роль: он регулирует состояние коллоидов цитоплазмы, в частности их оводненность, принимает активное участие в переносе ионов через мембраны клеток, в электрофизиологических процессах, в дыхании, фотосинтезе, активизирует углеводный обмен. Калий повышает прочность соломины, снижает поражение растений корневыми гнилями и грибковыми заболеваниями, ускоряет передвижение углеводов из стеблей и листьев в колос. (Бараев А.И., 1978; Кумаков В.А., 1980, 1988). Среди зерновых культур яровая пшеница отличается большим потреблением калия, однако в основных яровопшеничных степных зонах почвы богаты калием и потребность в калийных удобрениях намного меньше, чем в фосфорных и азотных.

Сбалансированность питания яровой пшеницы по всем элементам имеет важное значение в повышении эффективности вносимых удобрений. Относительная недостаточность того или иного элемента ведет нередко даже к большим отрицательным последствиям, чем недостаточность абсолютная. Хорошо известно, например, что на богатых азотом черноземах и каштановых почвах эффективно внесение фосфорных удобрений под яровую пшеницу даже в чистом виде. В то же время на бедных азотом дерново-подзолистых почвах, несмотря на недостаток в них фосфора, одностороннее применение фосфорных удобрений не дает эффекта, иногда даже снижает урожай, поскольку при этом еще больше возрастает диспропорция между азотом и фосфором (Бараев А.И., 1978; Кумаков В.А., 1980).