Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ФИТОМЕЛИОРАЦИЯ СТАРООРОШАЕМЫХ ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАВОЛЖЬЯ

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "ФИТОМЕЛИОРАЦИЯ СТАРООРОШАЕМЫХ ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАВОЛЖЬЯ"



На правах рукописи

МАСЛОВА Любовь Александровна

ФИТОМЕЛИОРАЦИЯ СТАРООРОШАЕМЫХ ТЕМНО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ СУХОСТЕПНОЙ

ЗОНЫ ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность: 06.01.02 -мелиорация, рекультивация и охрана земель.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Пенза-2004 /

Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО Саратовском государственном аграрном университете им. Н.И. Вавилова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Пронько Нина Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Денисов Е. П. кандидат сельскохозяйственных нате, доцент Фомин H.A.

Ведущая организация — Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока, г. Саратов.

Защита состоится « »__2004 года в_чл .

на заседании диссертационного совета Д 220,053.01 при ФГОУ -«Пензенская государственная сельскохозяйственная академии <: ■■ . 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек - .гг.-п \oi государственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан «___»_2004 i v; .>

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных паук

В.А. Гущина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Саратовское Заволжье относится к зоне рискованного земледелия, В условиях усиления аридизацни климата создание прочной кормовой базы для животноводства в данном регионе невозможно без орошения. В тоже время нерациональная интенсивная эксплуатация поливных земель привела к резкому нарушению экологического равновесия и снижению плодородия орошаемых земель, что проявилось в значительном уплотнении почв, особенно староорошаемых, сверхвысоких темпах дегу-мификации, ухудшении физическою состояния почвогрунтов, снижении продуктивности поливного гектара, увеличении энергетических затрат на производство растениеводческой продукции. Наиболее оптимальным решением проблемы повышения плодородия деградирующих орошаемых почв и снижения нагрузки на мелиоративные агроландшафты региона может сгап. создание эко-. логически равновесных агроэкосистем иа основе расширенного использования многолетних и однолетних бобовых трав, которые способны поддерживать равновесие агроэгосистем без или при значительном уменьшении использования техногенных ресурсов, аза счет биологической фиксации азота воздуха и увеличения поступления свежего органического вещества.

Процесс азотфиксации требует определенных условий для жизнедеятельности клубеньковых бактерий, которые на деградирующих орошаемых почвах и при использовании для поддержания высокой продуктивности сельскохозяйственных культур средств химизации не могут быть обеспечены. Поэтому ПОИСК фитомелиоративных культур, способных формировать эффективно работающий в этих условиях бобово-ризобиальиый комплекс и характеризуюишхея высокой продуктивностью, является в настоящее время важной научной и народно-хозяйственной задачей.

Цель исследований. Разработка путей фитомелнорации дефадированных староорошаемых почв Саратовского Заволжья, обеспечивающих снижение экологическойнагрузки на орошаемые агроландшафты, повышение продуктивности поливного гек-

тара и снижение затрат на воспроизводство шюдоГОДИя:

ортн

ЦНБ МСХА фонд научной литературы

Задачи исследований:

— изучение влияния различных бобовых культур-фитомелио-рантов па факторы плодородие староорошаемон темно-каштановой почвы: поступление свежего органического вещества, физическое состояние почвы;

— установление зависимости формирования бобово-ризобиаль-ного комплекса у ведущих многолетних и однолетних бобовых культур от биологических н почвенных условий возделывания на деградированной темно-каштановой почве;

■ — определение продуктивности и качества урожая однолетних и многолетних бобовых культур при орошении в сухо-стенной зоне Поволжья;.

— установление энергетической эффективности возделывания" ведущих бобовых культур при орошении в Саратовском Заволжье.

Научная новизна работы. Изучено влияние возделывания бобовых культур на факторы плодородия староорошаемых темно-каштановых почв Саратовскою Заволжья.

Выявлены бобовые культуры — фIггочСЛ11оранты, формирующие наиболее устойчивый и эффективный бобово-рюобиальный комплекс на неблагоприятных по физическому состоянию и сильно дегумнфицированных староорошаемых темно-каштановых почвах. Установлены зависимости формирования бобово-рнзоби-ального комплекса ведущих бобовых культур-фитомелиорантоп от лимитирующих почвенных условий. Для сон и гороха установлен характер влияния на азо1 фиксацию и продуктивность культуры бактериальных и минеральных удобрений.

Основные положении, нмноснмые на защиту:

— сравнительная характеристика фшомелиорируютего действия основных многолетних и однолетних бобовых культур;

— зависимости азотфиксаиии от лимитирующих дали ел й процесс факторов, включая почвенные (химические свойства и физическое состояние) и агротехнические (виды и дозы бактериальных и минеральных удобрений) условия;

— • система бактериальных и минеральных удобрений, способ-

ствующая активной азотфиксаиии и обеспечивающая высокую продуктивность бобовых культур и получение сбалансированных по белку кормов.

Практическая значимость работы. Увеличение в струкгуре посевных площадей на деградированных поливных землях Сара гоа-ского Заволжья бобовых купътур-фитомелиорантов с устойчивым и эффективным бобово-ризобиальным комплексом, обеспечивающих значительное поступление свежего органического вещества и улучшающих физическое состояние орошаемых темно-канггановых почв, позволит восстановить бездефицитный баланс азота и органического вещества. Это буцет способствовать созданию экологически равновесных агроэносистем и снижению затрат на производство сбалансированных по белку кормов для животноводства.

Реализация результатов нсслсдопашш. Разработанный прием фитомелнорагнвного улучшения плодородия староорошаемых сильно дегумифициро ванных почв на основе увеличения возделывания бобовых культур с устойчивым бобово-ризобиаль-ным комплексом был внедрен в 2001-2004 гг. в оньттно-производ-ственном хозяйстве Волжского НИИ гидрогехиики и мелиорации. Экономический эффект составил 54 тыс. рублей.

Аиробацня н публикации. Основные материалы и результаты исследований докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов, 2001,2002,2003 гг.); международной научно-практической конференции «Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях» (Волгофпд, 2001); международной научно-практической конференции «Устойчивое землепользование в экстремальных условиях» (Улан-Удэ, 2003); межрегиональной научной конференции «Вавилонские чгсния-2003» (Саратов, 2003); Всероссийской паучно-гтрак-тической конференции «Вавнловскне чтения - 2004» (Саратов, 2004).

Г1о материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов п предложений производству. Она изложена на 150 страницах, включает 26 таблиц, 23 рисунка, 24 приложения. Список используемых источников содержит 186 наименования, в том числе 15 на иностранных языках.

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в проведении полевых работ главному агроному ОПХ Холодкову A.B. и заведующему отделом комплексных мелиорации и экологии ВолжНИИГиМ Морковину В.Т.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условии и методика проведения исследований

Исследования проводились в 2001-2003 гг. в опытно-ироизвод-ственном хозяйстве Волжского НИИ гидротехники и мелиорации.

Почва опытного участка террасовая темно-каштановая сред-несуглинистая. Она характеризуется низким содержанием гумуса— 2,58-2,76%. Обеспеченность доступным фосфором высокая и очень высокая — 5,6-7,6 мгна 100 г почвы, обменным калием — средняя— 17,1-26,5 мгна 100 г почвы. Плотность пахотного слоя 1,35, метрового 1,39 г/см3, наименьшая влагоемкостъ соответственно 23,9 и 21,1% от массы абсолютно сухой почвы.

Место проведения исследований характеризуется континентальным климатом. Зима умеренно холодная (-10--15°С), лето

теплое (21,6-22,6°С). Сумма эффективных температур — 28003000°С. Сред немноголетняя сумма осадков теплого периода 294,6 мм. Гидротермическин коэффициент 0,5-0,7.

Годы иссл слонами и по степени увлажнения характеризовались следующим образом; 2001 и 2003 гг. были сухими, 2002 — ост розасушл и о и м.

Объектами исследований были: староорошасмая сильно дсгумнфицнрованная в процессе интенсивного более полувекового использования темно-каштановая почва; бобовые культуры — фитомелиоранты; бобо во -р изоби ал ы г ы ¡1 комплекс.

Схема опыта № 1 по сравшггельной фиточелиоративнои оценке различных бобовых культур включала следующие варианты:

1. Многолетние бобовые культуры

1.1. Козлятник восточный 4, 5 и 6 года жизни

1.2. Люцерна емнегйбридная 2 и 3 гола жизни

2. Однолетние бобовые культуры

2.1. Соя

2.2. Горох

Схема опыта № 2 по изучению влияния минеральных и бактериальных удобрений на ачотфиксацию и урожайность бобовых культур включала следующие варианты:

1. Контроль —без удобрений

2, Минеральные удобрения в.дозах на компенсацию 30 % выноса элементов питания

■ 3. Минеральные удобрения в дозах на компенсацию 30% выноса элементов питания + бактериальные удобрения

4. Минеральные удобрения в дозах па компенсацию 100% выноса ¡элементов питания

5. Минеральные удобрения в дозах на компенсацию 100% выноса элементов питания + бактериальные удобрения

Дозы ми неравных удобрений определяли комплексным методом расчета по прогнозному ротационному балансу элементов питания.

Агротехника на всех вариантах опыта применялась традиционная, принятая для данной природно-клнматнчесюэй зоны. Полив растений осуществляли дождевальной машиной «Фрегат», поддерживая влажность в 0-70 см слое почвы не ниже 70% НВ. Оросигель-ная норма по годам исследований составила при возделывании козлятника 3200, люцерны— 3100, сои— 1900, гороха— 1400 м7га.

Полевой эксперимент был заложен методом систематических повторений, иовггорность опыта трехкратная, учетная площадь 100-200 м2.

Основные и сопутствующие наблюдения проводились в соответствии с общепринятыми методиками н ГОСТами (НИИСХ Югот Востока, 1973, ЦПНАО, 1980, ВНИИ кормов, 1980, ВНИИОЗ, 1983, Б.А. Доспехова, 1985 и др.).

В период вегетации отмечались основные фазы роста и развития культур, определялась влажность почвы термовесовым методом. Определение агрофшнческих(плсшюсти сложения, структурности, пористости) и химических (содержание подвижных элеме(гтов питания, рИ) свойств почвы проводилось согласно принятым методикам (Е,В. Аринушкина, 1970; «Агрохимические методы исследования почв», 1975; А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина, 1986). Развитие корневой системы определяли методом Н.З. Сгаикова (1964); формирование снмбиотнчсского аппарата — методом ночвенных монолитов в модификации Е.Ф. Березовой, Л.М. Доросипского. (1961). Уборку бобовых культур на зеленую массу проводили в фазу бутонизации — начала цветения роторной косилкой КИР-1,5, на зерно -при полной спелости комбайном «Нива». Учет урожая проводили путем сплошной поделяночной уборки.

Биоэнергетическая опенка эффективности возделывания бобовых культур проводилась в соответствии с методиками энерге-

тической оценки в сельском хозяйстве, предложенными В.В. Ко-рннцом (1992); В.М. Володиным, Р.Ф. Ереминой, А. А. Ермаковой

(1999) и др.

Математическая обработка данных проводилась методами корреляционного, регрессионного, дисперсионного анализа с помощью программы STATGRAF и процессора электронных таблиц Excel 2000, входящего в состав программного комплекса Microsoft Office 2000..

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влняпне различных Лобовых культур lia факторы плодородна староорешаемой темно-каштановой почвы

Поступление свежего органического вещества. Мелиорирующая роль сельскохозяйственных культур зависит; прежде всего, от количества свежего орпшнческого вещества, оставляемого ежегодно п почве к концу вегетационного периода и or его качества.

Чем выше содержание азота в корневых и пожнивных остатках, тем выше качество органического вещества и выше его гумусообразующая способность.

Бобовые культуры оставляют после себя органические растительные остатки, обладающие наиболее высокой гумусообразующей способностью с узким соотношением углерода и аюга. Согласно Г.И. Бездареву, В.Г. Лошашву, А.И. Пупошшу и др.

(2000) коэффициент гумификации растительных остатков многолетних бобовых трав 0,20-0,25, вто время как у кукурузы всего 0,10-0,15.

Определение количества свежего органического вещества, поступающего в почву после бобовых культур, показало следующее. Больше всего растительных остатков оставляли после себя многолеших бобовые травы — козлятник и люцерна (табл. 1), В полумегровом слое почвы под плантацией козлятника восточного 46 года жизни формируется 12,6-15,1 т/гакорней. Однолетние бобовые культуры, соя и горах, развивали значительно меньшую по массе корневую систему, соответственно 1,3 и 1,0 т/i-a.

Культура Годы исследований Среднее за три гола

2001 1 2002 2003

Козлятник восточный 14.3 I 15,1 12.6 14,0

Люцерна синеги брил пая 13,9 1 8.4 12.1 11,5

Соя 1.34 1.18 1.28 1.3

Горох 0.95 1,01 1,04 1,0

Наши исследования показали, что на поступление с корневыми остатками свежего органического вещества большое влияние оказывают минеральные удобрения (табл. 2). Их внесение в дозах, компенсирующих 30% выноса элементов питання, увеличивало массу корней в зависимости от применения бактериальных удобрений сои на 25,5-12,7%, гороха на 12,5-14,8%. Применение доз удобрений, рассчігганньїх на компенсацию 100% выноса, не способствовало дальнейшему' увеличению массы корневых остатков.

Таблица 2. Влияние удобрений на массу корней однолетних бобовых культур

Удобрения Масса корней, т/га

Бактериальные Минеральные сои гороха

Вез удобрений 1.06 0,96

Без ргооторфина КРК для компенсации 30 % выноса 1.33 1.0Я

КРК для компенсации 100 Чо выноса 1.27 1.05

Без удобрений 1,10 0.88

С рюоторфиноч КРК для компенсации 30 % выноса 1,24 1,01

ХРК лля компенсации !00%выноса 1,24 0.98

Физическое состояние почвы. Многочисленными исследованиями показано, что орошение нередко отрицательно влияет на физическое состояние почвы, вызывая ее уплотнение, снижая пористость, водопрочность. Особенно это проявляется на дегу-мифицнрованных почвах. Негативному изменению физических свойств способствует также вымывание в нижние горизонты водно-растворимого гумуса, кальция, илистых частиц.

Мы изучали возможность улучшения физического состояния орошаемых почв при выращивании бобовых, культур. При этом исходили из предположения, что большое количество органического вещества, оставляемое ими в почве, азотофиксаиия клубеньковых бактерий, структурообразующая способность этих культур могут делать их эффективными фитомелиорантами.

Исследования показали, что различные бобовые культуры обладают различным фитомелиорнрующнм действием на физическое состояние староорошаемой темно-каштановой почвы (рис. 1).

По сравнению с однолетними бобовыми культурами под старо возрастными плантациями многолетних бобовых трав наблюдается увеличение плотности пахотного, а при шестилетнем возделывании козлятника восточного и подпахотного горизонтов почвы (табл. 3).

; Таблица 3. Плотность сложения пахотного и подпахотного горизонтов деградированной темно-каштановой почвы (г/см3) под посевами бобовых культур (среднее за 2001-2003 гг.)

Слон ночпы, см Горох Соя Люцерна Козлятник

Укосы укоси

112 13 1 2 1 3

0-30 1,27 | 1,23 из : 1,35 1 1,37 1,38 1,40 1,42

30-50 1,28 1,24 1,22 | 1,26 1,25 1,30 1,33 ] 1,33

В то же время многолетние бобовые травы значительно эффективнее восстанавливают водопрочную структуру деградированной темно-каштановой почвы (табл. 4).

Таблица 4. Структурность пахотного слоя почвы иод бобовыми однолетними культурами и многолетними травами (среднее за 2001-2003 гг.)

Культуры Количество поло прочных агрегатов, % Коэффициенты-структурности

Горох 39,9 0,66

Соя 38.7 0.63

Люцерна 44,8 0.81

Козлятник 42.5 0,74

37

42 AT

Oiuuu* порпстость, %

4 8 12 16

пористость * ¿р«ции. %

I-—.—,—,

ss" m ао 42 44 49 Количество я«допро<«ь1Х 4fp«raT0e,'/.

I козлятник И люцерна 52 горох □ соя

Рис. 1. Физическое состояние почвы под посевами бобовых культур (среднее за 2001 -2003гг.)

Количество водопрочных структурных агрегатов в пахотном слое при возделывании люаерны сннегибридной возрастает до 44,8%, козлятника восточного — до 42,5, коэффициент структурности соответственно до 0,81 и 0,74, При выращивании сои и гороха содержание водопрочных структурных агрегатов в 0-30 см слое почвы на 12,3-11,5% .меньше и составляеттолько 38,7 и 39,9%.

Несмотря на увеличение плотности пахогпого слоя почвы под мноютетними культурами, увеличение массы корневых остатков приводило к улучшению структурности. Нами была определена регрессионная зависимость количества водопрочных агрегатов (у, %) от массы корневых остатков (х, т/га): у ~ 0,3442х ■+■ 39,083. Коэффициент детерминации полученной зависимости высокий: 0,7321.

1,1 1.1 11 1.4

платность гЧч

Общая пористость пахотного слоя староорошаемой темно-каштановой почвы только на посевах однолетних бобовых культур приближалась к удовлетворительной, которая согласно классификации Н.А. Качинского (1985) составляет 50-55% (табл. 5). На посевах сои и гороха общая пористость почвы пахотного слоя составляла соответственно 49,0-49,8%, пористость аэрации: 15,616,1%. По сравнению с однолетними бобовыми культурами на посевах многолетних трав, люцерны и козлятника, общая пористость почвы пахотного и подпахотного горизонтов была ниже соответственно на 7,1 и 11,6%, пористость аэрации — на 8,1-33,3 %. Это напрямую связано с большим уплотнением почвы под плантациями многолетних трав.

Таблица 5. Пористость почвы под посевами бобовых культур, % , . (среднее за 2001-2003 гг.)

Слои почвы, см Горох Соя • Люцерна | Козлятник

иопш пористості. %

. 0-30 49,8 49.0 46,6 1 44,7

30-50 50,0 51,6 I 51,6 ! 48,4

Пористость аэрации

0-30 16.1 15,6 13,7 1 11,7

30-50 14.6 14,1 17,9 і 15.3

* Примечание: Расчет пористости для сильно уплотненной почвы опытного участка был выполнен с учетом объема замкнутых лор. По данным Л.Г, Романовой (2002 г.) он составляет в среднем 7% от общей пористости.

Иной характер носило влияние изучавшихся групп бобовых культур на пористость аэрации подпахотного горизонта почвы. Многолетние травы, особенно люцерна, способствовали улучшению данного показателя по сравнению с однолетними бобовыми культурами.

Бобово-рпзобиальиый комплекс орошаемых бобовых культур и его формирование в различных условиях в ы ращи вал ня

Фитомелиорнруюшая роль бобовых культур во многом связана с их природной способностью к симбиозу с клубеньковыми

бактериями. В результате формирования эффективно работающего бобово-ризобнального комплекса эти культуры способны улучшать азотный режим почвы. Это способствует снижению темпов сработки гумуса. Кроме того, благодаря азотфиксации становится возможным без снижения продуктивности орошаемых культур уменьшать дозы внесения азотных удобрений, и тем самым -экологическую нагрузку на почву и мелиоративные агролаццшаф-ты в целом.

Однако эффективность работы клубеньковых бактерий зависит от многих условий их жизнедеятельности, В условиях орошения факторами, лимитирующими формирование эффективного бобово-рщобиального комплекса, выступают: высокая плотность, неблагоприятный воздушный режим почв, изменение рН почвенного раствора; При этом негативное влияние названных факторов на успешность симбиоза клубеньковых бактерий с бобовыми культурами определяется культурой к технологией ее выращивания, в первую очередь системой удобрений. В результате исследований за формированием бобово-ризобиального комплекса у ведущих многолетних и однолетних бобовых культур, выращиваемых на деградированной темно-каштановой,почве, было установлено следующее. .....

Наиболее высокой адаптивностью и способностью формировать эффективно работающий бобово-ризобиальный комплекс в неблагоприятных условиях физического состояния, характерных для староорошаемых почв опытного участка, отличаются: из многолетних трав козлятник восточный, из однолетних бобовых культур горох.

На плантации козлятника восточного 4-6-ти летнего возраста при самой высокой плотности пахотного горизонта почвы формировалось наибольшее количество активных клубеньков, в среднем 165 млн. шт./га, масса которых достигала 290 кг/га (табл. 6).

Люцерна значительно уступала "козлятнику по эффективности симбиоза и азотфиксации. Неблагоприятные условия, складывающиеся для жизнедеятельности клубеньковых бактерий на дегумифицированных, уплотненных почвах, существенно огра-

зилнсь на количестве и массе активных клубеньков культуры, составлявших в среднем соответственно 45 млн. шт. и 90 кг на 1 га.

Таблица б. Формирование бобово-ризобнального комплекса в посевах многолетних трав (среднее за 2001-2003 гг.)

Показатель Люцерна | Козлятник

Укос

] 2 3 1 2 3

Количество клубеньков, в т.ч.

обшее, млн ют ./га 74 52 42 230 213 93

активных, млн шт./га 61 43 1 31 151 124 82

% от общих І 82 83 1 74 66 58 88

Масса клубеньков, в т.н. 1

всех, кг/га 152 104 74 571 512 90

активных, кг/га 128 85 57 455 339 75

%ОТОбШИХ 84 «2 | 77 80 66 83

В условиях длительного возделывании на опытных полях сои и гороха и образования в почве приспособленных к дзнным условиям специфичных спонтанных штаммов ризобий более эффективный бобово-ризобиальныи комплекс без обработки семян нитрагином формируется у гороха (табл. 7). Количество и масса активных клубеньков на его корнях больше, чем у сои соответственно в 8,9 и 9,3 раза.

Таблица 7. Формирование бобово-ризобиального комплекса в посевах однолегних бобовых культур (среднее за 2001-2003 гг.)

Показатель Соя Горох Показатель | Соя Горох

Количество клубеньков, в т.ч. Масса клубеньков, 1 в т.ч. І

обшее, млн. шт./га 12 133 всех, кг/га і 31 і 352

активных, млн. шт./га 11 | 98 активных, кг/га 1 28 260

%от обших 92 | 74 1о от общих | 90 74

Инокуляция семян перед посевом рнзоторфином, содержащим специфичный вирулентный штамм клубеньковых бактерий, значительно повышает эффективность бобово-ризобиального комплекса (табл. 8).

Так, количество активных клубеньков на корнях сои увеличивалось без применения минеральных удобрений в 20,8, при их использовании в 10,2-10,9 раз. Масса клубеньков, содержащих

леггемоппобип, который обеспечивает фиксацию азота воздуха, возрастала соответственно в 21,3 и 10,8-11,6 раз.

Таблица 8. Влияние удобрений на формирование бобово-ризобиалыюто комплекса в посевах сои (среднее за годы исследований)

Минеральные удобрения Количество клубеньков, .Масса клубенькон

общее, млн. шт./га акт иных активных

млн. иггУга % от общих кг/га кг/га %ог общих

Без ризоторфина

Без удобрений 7 4 57 16 9 | 58

НзРиК,, 17 13 76 39 30 \ 77

15 10 72 | 32 24 74

С рнюторфиноч

Без удобрений 91,5 83 91 218 192 | «8

137 132 97 335 323 | 96

N1 «РлК^Й 136 115 84 315 275 | 87

На темно-каштановых почвах с низкой обеспеченностью азотом, высокой фосфором и средней калием внесение удобрений, в том числе азотных в дозах, рассчитанных на компенсацию 30% выноса (М43Р1;К!9), обеспечивало наибольшую эффективность бобово-ризобиального комплекса сои. В этих условиях формировалось наибольшее количеспю и масса активных клубеньков соответственно 132 млн. шт. и 323 кг/га.

Аналогичный характер носило влияние бактериальных и минеральных удобрений на эффективность бобово-ризобиально-го комплекса гороха (табл. 9).

В условиях эксперимента влажность, температурный режим почвы, наличие специфичных спонтанных штаммов ризобии, уровень обеспеченности почвы подвижным фосфором, обменным калием находились в оптимальных для жизнедеятельности клубеньковых бактерий пределах и не могли ограничивать активность симбиоза. Лимитирующими процесс азотфиксации факторами могли выступать: характерное для староорошаемых почв увеличение плотности, щелочности почвенного раствора, недостаточ-

нал аэрация и возможная при внесении повышенных доз азотных удобрений высокая обеспеченность почвы азотом.

Таблица 9. Влияние удобрений на формирование бобово-ризобиального комплекса в посевах гороха (среднее за года исследований)'

Минеральные удобрения Количество клубеньков, Масса клубеньков

общее, млн штУга Активных активных

млн ■ цгт./га %от обших кг/га ■ кг/га % от обших

Без ризоторфнна

Без удобрений 148 81 55 | 358 208 58

КзРцК^ 152 123 81 1 398 322 81

146 100 69 | • 376 258 I 69

С ризоторфином

Без удобрений 154 • 120 \ 78 | 399 311 { 78

К„Р„К» 171 145 85 -161 391 | 85

Н,«Р51К<4 | 164 131 | 80 { 435 345 79

Зависимость количества активных клубеньков, млн. шт./га, от плотности почвы, г/см3, аппроксимировалась следующими уравнениями: ... => для козлятника^ = ~1607х + 2393,9 (коэффициент детерминации Н' - 0,248 , критерий Нэша-Сатклиффа Е 24,8 => для люцерны^ = -920,12х +• ]289,3 (коэффициент детерминации Я3 = О,7814, критерий I Ьша-Сатклиффа Е = 68,8 ?о).

) ■ Даже учитывая невысокий уровень достоверности регрессионной зависимости для козлятника восточного, по приведенным уравнениям можно заключить, во-первых, оптимальный уровень плотности для активного снмбйозау козлятника меньше 1,36, люцерны - 1,3 г/см3; во вторых бобово-ризобиальный комплекс козлятника намного устойчивее к повышенной плотности почвы, нежели у люцерны. '

Характер влияния на азотфиксацию плотности пахотного слоя почвы показан на рисунке 2.

Козлятки к

Лкнмрна

1,36 1,38 1,4 1,42 1,44 Плотность почвы, г'смЗ

1,35 1,4- 1,45

Плотность почвы, Г/еиЗ

Рис. 1. Зависимость азстфиксашш от плотности почвы

Анализ взаимосвязи количества активных клубеньков с реакцией почвенного раствора показал, что интенсивность азо) фиксации уменьшалась с увеличением щелочности староорошаемой почвы (рис, 3).

Лиц«(ш* Комипн™.

Рис. 3. Зависимость азотфиксации от рН почвенного раствора

Были получены следующие уравнения зависимостей количества активных клубеньков от рН почвенного раствора:

=> для люцерны —у = -416,52х1 + 6632,2х ~ 26336 (коэффициент детерминации Я2 - 0,4364, критерий Нэша-Сатклиффа Е~ 43,6 %);

для козлятника - у ■— -244,7х*->-3935бх-158002 (коэффициент детерминации Я3 = 0,4625, критерий Нэша-Сатклиффа Е = 44,8 Щ.

Коэффициенты корреляции соответственно 0,6606 и 0,6301. В связи с низким содержанием доступного азота в дегуми-фнцированной почве экспериментального участка не представилось возможным подтвердить известные данные о снижении эффективности бобово-ризобиального в условиях повышенного содержания доступного азота. Отмеченные тенденции имели различный характер (рис. 4), но уравнения зависимостей между числом активных клубеньков и содержанием доступного азота (мг на 100 г почвы) отличались низкой достоверностью.

Соя

Козлятни*

Люцерна

і 1 .

г і

• 1

і 1 !

1

1

1,7 1.8 1.9 2 Содержание азота, ыгна 105 г почвы

Содержание азота, мг на 100 г почвы

г 2,1 г,г гд г,4

Содержание люта, мг на 1М) гпочвы

Рис. 4. Зависимость азотфиксации от содержания в почве доступного азота

Уравнения зависимостей (у—количество активных клубеньков, млн. цтт./га, х — содержание доступного азота, мг на 100 г почвы) по культурам: => козлятник у = -15213х!+56028х-51407, К2 ---- 0,3121, Е =31.2%; => люцерна у - 390Ы(х)-184,77, Я2 = 0,0515; » соя у = 2,9777x^17,422, № = 0,0074.

Продуктивность бобовых культур и качество продукции при орошении '

Из изучавшихся многолетних трав люцерна 2-3 года жизни была урожайнее козлятника восточного 4-6 лешего возраста в среднем на 1,16 т/га (табл. 10), Урожайность гороха на сено была меньше таковой многолетних трав в 2,9-3,3 раза. Урожайность сои на зерно составляла 1,75 т/га.

Наибольший выход переваримого протеина достигался при выращивании многолетних трав. Плантация козлятника восточного 4-6-ти летнег о возраста обеспечивала получение с орошаемого гектара 2,20, люцерна—1,72 тонны переваримого протеи па. Выход протеина при возделывании сои на зерно н гороха на сено был примерно одинаков и составлял соответственно 0,62 и 0,54 т/га.

Таблица 10. Продуктивность бобовых культур на староорошаемых темно-каштановых почвах, т/га (в среднем за 2001-2003 гг.)

Культура Урожайность, г/га Выход переваримого протеина, т/га. Сбор кормоиых елншш, т/га 5,30

Козлятник на сено 8,9!» 2,20

Люцерна на ссно 10,15 1,72 4,У7

Горох на ссно 3,09 0.54 1.51

Соя на зерно 1,75 0,62 2,42

НСР», 0.04«

Значительно влияло на качество и продуктивность орошаемых бобовых культур внесение минеральных удобрений и обработка семян перед посевом ризоторфином (табл. 11).

Наибольшая продуктивность сон и гороха обеспечивалась при инокуляции семян ризоторфином и внесении минеральных удобрений в расчетных доз;« на компенсацию 30% выноса элементов питания.

Таблица 11. Влияние удобрений на продуктивность однолетних бобовых культур (среднее за годы исследований)

Минеральные удобрения Урожайность, т/га Выход переваримого протеина, т/га Сбор кормовых единиц, т/га

Горох на сено Соя на зерно■ Горох на сено Соя на зерно Горох 1 Соя нала сено [ зерно

Без ризоторфина

Без удобрений 3,09 1 1,60 0,54 0,57 1.51 2.21

N«P.<K„ 3,92 1.86 0,70 0,66 1.92 2.57

NmiPHKM 3,59 j 1.83 0,64 0,65 1.76 2,53

С ризоторфином

Без удобрений 1 3,23 1,79 0,57 0.63 1 1.58 ) 2,47

' N«PIÍK„ І 4,38 1,97 0,78 • 0.70 2,15 і 2,72

NhJNiK« 1 3,75 1,89' 0,67 0.67 1 1,84 1 2,61

пер«

При этом урожайность сои на зерно составляла 1,97, выход переваримого протеина 0,70, сбор кормовых единиц 2,72 т/га; гороха соответственно 4,38, 0,78,2,15 т/га.

Биоэнергетическая эффективность возделывания бобовых культур на орошаемых землях Саратовского Заволжья

Анализ комплекса показателей энергетической оценки различных бобовых культур и их агротехники показал следующее. Биоэнергетическая эффективность возделывания различных бобовых кормовых культур (табл. 12) убывает в следующей последовательности: люцерна> козлятник > горох пасено > соя на зерно, что согласуется с данными других авторов (Пронько H.A., Корсак В.В., 2001).

Наибольший коэффициент энергетической эффективности был при возделывании люцерны — 2,53, наименьший - гороха (1,08), козлятник и соя занимали промежуточной положение (2,46 и 1,75 соответственно). Характерно близкое значение коэффициентов энергетической эффективности козлятника и люцерны.

Таблица 12. Энергетическая эффективность возделывания бобовых культур (средняя за годы исследований 2001-2003 гг.)

Энерго-

Культуры Энергия в Энерго- затраты Ко:>ффшшсят!.і

урожае, за граты. на 1 т энергетической

ГДж/га Г Дж/га продукции. эффективности

• ГДж

Люцерна (ceno) 69.02 27.3 2,67 2.53

Козлятник (сено) 61.13 24.9 2.77 2.46

Горок (сено) 21,01 19.5 6.31 1,08

Соя (зерно) 31,15 17,8 10,17 1,75

Расчеты биоэнергетической эффективности возлелывашш сои на зерно при различных вариантах, систем удобрений, в том числе бактериальных, показали, что наибольший коэффициент энергетической эффективности был получен при инокуляции семян и без внесення минеральных удобрений (1,75); наименьший* - без обработки ризоторфиноч и применения доз минеральных удобрений, рассчитанных па 100% компенсацию выноса (1,04) (табл. 13)

Таблица 13. Энергетическая эффективность возделывания сои ■ при различных варнангах системы удобрений

Варианты опыта Энергия й Jitcpnviú- Коэффициенты урожае, траты, , ' знсрі«гической ГДж/і-а ГДж/га ГДж ! эффективное їй

Без обработки ризоторфниом

Безудоорений t 27,79 1 17,6 | 11,2 NíjPÜK,, j 32,57 21,6 ! 11,7 N,i,P<,KM 1 32.04 ! 30,7 І 16.9 1,58 1,51 1,0»

С обработкой ризоторфиноч

Ьез удобрений М«(РцК|9 N,„I»„K«4 31,15 17,« 10,1 34,34 21,7 11,2 34,87 : 30,8 і 15.6 1,75 1,58 из

Анализ данных таблицы 13 показал на наличие следующей закономерности: с ростом энергозатрат на внесение минеральных удобрений энергегнческая эффективность снижается, однако обработка семян ргооторфином смягчает этот процесс (рис. 5). ■ ■ •

' 15 50 25 , ,30. 35

■ Энергозатраты, ГДж/гя □ Без ризегторфвна ■, С ризотсрсСииом

Рис. 5. Зависимость энергетической эффективности от энергозатрат на применение сои

Из опытных данных следует, что согласно фундаментальному закону С.М. Подолинского с ростом энергозатрат связано снижение энергетической эффективности природопользования, в том числе земледелия, которое можно преодолеть либо меняя состав возделываемых культур, либо кардинально изменив применяемые агротехнические приемы. Обработка семян бобовых культур бактериальными удобрениями относится к таким эффективным приемам.

Выводы

1. Для восстановления плодородия орошаемых, физически " и химически деградировавших, темно-каштановых почв Саратовского Заволжья эффективно насыщение структуры посевов бобовыми культурами, фитомелиорирующее действие которых обусловлено поступлением свежего органического вещества с узким . соотношением углерода и азота, обладающего в связи с этом наиболее высокой гумусообразующей способностью, и положительным влиянием на физическое состояние почвы.

2. Наибольшее количество растительных остатков остается после многолетних бобовых трав. В полуметровом слое почвы под плантацией козлятника восточного 4-6 года жизни формируется в среднем 14,5, посевами люцерны 2-3 года жизни - 11 т/га

корней с высоким содержанием азота - 2,02 и 2,05%. Однолетние бобовые культуры, соя и горох, развивают значительно меньшую по массе корневую систему, соответственно 1,3 и 1,0 т/га, но с более высоким содержанием азота 2,29 и 2,11%.

3. Влияние многолетних и однолетних бобовых культур на разные составляющие физического состояния староорошаемой темно-каштановой почвы неоднозначно.

Многолетние бобовые травы значительно эффективнее восстанавливают водопрочную структуру. Количество водопрочных, структурных агрегатов в пахотном слое при возделывании козлятника восточного возрастает до 42,5, люперны синегибрндной - до 44,8%, коэффициент структурности соответственно до 0,74 и 0,81. После выращивания сои и гороха содержание в 0-30 см слое почвы содержание водопрочных, структурных агрегатов на 12,8-11,5% меньше.

Зависимость структурности почвы от массы корней носит возрастающий характер и описывается уравнением: у - 0,3442х + 39,083. Коэффициент детерминации: Я1 --» 0,7321.

На пористость почвы пахогиого горизонта староорошаемой темно-каштановой почвы лучше воздействуют посевы однолетних бобовых культур сон и гороха, после коюрых общая пористость этого слоя составляет 49,0-49,8%, пористость аэрации -15,6-16,1%. На посевах многолетних трав, люцерны и козлятника, в результате более значительного уплотнения первый показатель был ниже соответственно на 7,1 и 11,6%, второй - на 8,1-33,3%.

4, Наиболее адаптивны и способны формировать эффективно работающий бобово-ризобнальный комплекс в неблагоприятных условиях физического сосшяння, характерных для староорошаемых темно-каштановых почв, из многолетних трав — козлятник восточный, из однолетних бобовых культур —горох.

У козлятника восточно! о 4-б-ти легнего возраста, несмотря на самую высокую плотность пахонюго горизонта почвы, формируется наибольшее количество активных клубеньков, в среднем 165 млн/га, масса которых достигает 290 кг/га.

Люцерна в неблагоприятных условиях, складывающихся

для жизнедеятельности клубеньковых бактерий надегумифиии-рованных, уплотненных почвах, более чем в 3 раза уступает козлятнику по эффективности симбиоза.

Без применения бактериальных удобрений более эффективный бобово-ризобиальный комплекс формируется у гороха: количество (98 млн/га) и масса (260 кг/га) активных клубеньков на его корнях больше, чем у сои соответственно в 8,9 и 9,3 раза.

5. Инокуляция семян ризоторфином значительно повышает эффективность бобово-ризобиального комплекса особенно у сон: количество активных клубеньков увеличивается без применения минеральных удобрений в 20,8) при их использовании - в 10,2-10,9 раз. Масса клубеньков возрастает соответственно в 21,3 и 10,8-11,6 раз.

По сравнению с соси эффективность инокуляции семян гороха ниже: без удобрений в 1,5, на их фоне в 1,2-1,3 раза,

6. На темно-каштановых почвах с низкой обеспеченностью азотом внесение удобрений, в том числе азотных в дозах, рассчитанных на компенсацию 30% выноса (М^Р^К^), обеспечивает наибольшую эффективность бобово-ризобиального комплекса — формирование наибольшего количества и массы активных клубеньков: у сои соответственно 132 млн и 323 кг/га, гороха 145 млн и 391 кг/га.

7. На деградированных староорошаемых темно-каштановых почвах факторами, вызывающими снижение эффективности бо-бово-ршобналыюго комплекса изучавшихся культур выступают щелочность почвенного раствора и повышенная плотность,

. Уравнения зависимостей нэличестна активных ки^беньшв ог рН почвенного раствора: для люцерны - V = -416,51ч* + 6632,2х - 26336 (коэффиинет1 детерминации Я2 = 0,4364, критерий Нэша-Сатк-лнффа Е - 43,6 для козлятника-у = -244.7х1^39356х-158002 (коэффициент детерминации К2 = 0,4625, критерий Нэша-Сатк-лиффа Е = 44,8 %). > ■ .

Зависимость количества активных клубеньков, млн нггУга, от плотности почвы, г/см1, аппроксимировалась уравнениями: для козлятника— - 1607х + 2393,Р (коэффициент детерминации К1 - 0,248, критерий Нэша-Сатклиффа Е - 24,8 ?$); для люцерны

у ~ -920,12х + 1289,} (коэффициент детерминации Л1 = 0,7814 , критерий Нэша-Саткл иффа Е « 68,8 ?о).

По равнению с люцерной бобово-ризобиальныЙ комплекс козлятника отличается большей устойчивостью к повышенной плотности деградированной староорошаемой почвы, о чем свидеіеліліпу-ет более высокий уровень плотности сложения пахогного слоя, при котором наблюдается выраженное снижение активности симбиоза (1,36 г/см3), и меньшая скорость данного процесса.

8. При поливе на староорошаемых темно-каштановых почвах люцерна 2-3 года жизни урожайнее козлятника восточного 4-6 летнего возраста в среднем в 1,1, гороха - в 3,3 раза (соответственно на 1,16 и 7,06 т сена/га). Урожайность сои на зерно составляет 1,75 т/га.

Наибольший выход переваримого протеина, 2,20 т/га, достигается при выращивании козлятника, 'по превышает его сбор с сеном люцерпы, гороха и зерном сои соотвеїст пенно в 1,28; 4,07. и 3,55 раз.

9. Продуктивность орошаемых бобовых культур увеличивается при улучшении минерального питания м заражении спе* цифичным вирулентным активным штаммом рнзобий.

Наибольшая продуктивность сои и гороха обеспечивается при инокуляции семян рнзоторфином и внесении минеральных удобрений в расчетных дозах на компенсацию 30% выноса элементов питания. При этом урожайность сои на зерно составляет 1,97, выход переваримого протеина 0,70 т/га; гороха пасено соответственно 4,38,0,78 т/га.

Предложении иронзнодсгву

1, Для восстановления плодородия староорошаемых тем-но-каштаиовых почв целесообразно увеличение в структуре посевных площадей доли бобовых культур: на обесструктуренных и дегумифшшрованных—многолетних бобовых трав, люцерны и козлятника, наиболее эффективно обеспечивающих восстановление водопрочной структуры н значительное пополнение пахотно-. го и подпахотного горизонта свежим органическим веществом;

на уплотненных, плохо аэрируемых — однолетних бобовых культур, сои и гороха.

2. С целью улучшения азотного режима орошаемых темно-каштановых почв, приостановления их дегумификации путем мобилизации азотфиксации необходимо расширять посевы козлятника восточного и гороха, отличающихся устойчивым к неблагоприятным условиям бобово-ризобиальным комплексом.

3. Для повышения-урожайности- и выхода переваримого протеина с орошаемого гектара сон и гороха следует применять обработку их семян ризогорфином. ■

4. На орошаемых ночвах с низкой обеспеченностью азотом, высокой калием и средней фосфором для получения с гектара 0,70 т переваримого протеина и 1,97тзернасон рекомендуется вносить дозы удобрений, рассчитанные на 30% вынос элементов питания.

Список опубликованных работ

■ 1, Пронько H.A., Бурмистрова JI.A. Влияние особенностей азотфиксации бобовых культур на плодородие орошаемых почв Саратовского Заволжья//Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемою земледелия в рыночных условиях: Сб. материалов междунар. науч.- практ. конференции. - Волгоград, 2001. - С. 157 - 158.

2.11ро11ько H.A., Бурмистрова JI.A., ЖарковаС.А., Л им Ю.Р. Сохранение природного потенциала орошаемых земель субаридной зоны Поволжья при их интенсивном использовании // Устойчивое землепользование в экстремальных условиях. Материалы междунар. науч.- практ. конф. - Улан-Удэ, 2003.- С. 116 - 119.

3. Бурмистрова JI.A. Влияние минеральных н бактериальных удобрений на продуктивность бобовых культур и азогфиксацшо // Матерпхпы межрегион, науч. конф. —Саратов, 2003.- С. 3 - 5.

4. Пронько Н.А, Корсак В.В., Маслова JI.A. и др. Способы и приемы сохранения природного потенциала орошаемых земель Заволжья // Материалы.Всерос. науч.- практ. конф. — Саратов, 2004.-С. 81-84.

Подписано к печаги 1.11.2004 г. Формат 60x84 1/16 Бумага белая. Ризография. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Отпечатано с готового оригинал-макета в типотрафии «Копи-Ризо» Поповой М.Г. 440600, г. Пенза, ул. Московская, 74, к. 304, тел. 56-25-09.

»24 ЗО в