Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гумусное состояние чернозема выщелоченного в агроценозах Азово-Кубанской низменности

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Гумусное состояние чернозема выщелоченного в агроценозах Азово-Кубанской низменности"

На правах рукописи

ПЛИТИНЬ Юлия Сергеевна

ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В АГРОЦЕНОЗАХ АЗОВО-КУБАНСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Краснодар-2014

005554454

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» в 2009-2013 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Терпелец Виктор Иванович

Официальные оппоненты: Беседина Тина Давидовна, доктор

сельскохозяйственных наук, заведующая проектно-технологическимотделом ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур

Новиков Андрей Анатольевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», доцент кафедры почвоведения им. В. И. Тюльпанова

Ведущая организация: ГНУ Краснодарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. П.П. Лукьяненко

Защита состоится «29» августа 2014 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.038.04 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13 (главный корпус, 1 этаж, 106 аудитория)

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» и на сайте — http://\vwvv.kubsau.ru, с авторефератом на официальных сайтах: Высшей аттестационной комиссии - http://vak.ed.аоу.гии ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» - http://www.kubsau.ru

Автореферат разослан « » ¿¿L~ 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

профессор ^ _ /у Онищенко Людмила Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Почвенный покров Краснодарского края характеризуется значительным разнообразием, что обусловлено уникальностью природных условий региона. Наибольшую площадь среди почв края, составляющую 4084 тыс. га (54,1 % от площади почв), занимают высокоплодородные почвы - черноземы обыкновенные, типичные и выщелоченные, сформировавшиеся в основном на Азово-Кубанской низменности Западного Предкавказья. Сельскохозяйственные угодья на этих почвах составляют 3148,6 тыс. га, в том числе, под пашней находится 2959,5 тыс. га (78,1 % от площади пашни). Черноземы выщелоченные распространены в южной части Азово-Кубанской низменности, прилегающей к правобережью реки Кубань, на площади 240,7 тыс. га (пашня составляет 160,2 тыс. га). Черноземы на Кубани имеют огромное производственное значение. Однако, длительная интенсивная эксплуатация черноземов, привела к дисбалансу между потенциальным и эффективным плодородием, с последующими негативными экологическими последствиями. За последние 30-40 лет черноземы Азово-Кубанской низменности потеряли в верхнем слое более 30% гумуса от его исходного содержания, что значительно ухудшило их агрофизические, агрохимические и микробиологические свойства (Н. Ф. Коробской, 1995; В.Ф. Вальков, Ю.А. Штомпель и др., 1996; В.Г. Живчиков, 2001; Н.М. Тишков, 2005; В.П. Власенко, В.И. Терпелец, 2012). Следовательно, в настоящее время для рационального использования черноземов Краснодарского края необходимо проводить исследования для выявления изменения их гумусного состояния и свойств в агроценозах с целью внедрения адаптивных агротехнологий, обеспечивающих воспроизводство их плодородия и повышение продуктивности земледелия.

Цель н задачи исследований. Цель исследований заключалась в мониторинге гумусного состояния чернозёма выщелоченного в агроценозах второй ротации одиннадцатипольного полевого севооборота при возделывании сельскохозяйственных культур альтернативными технологиями для разработки предложений по воспроизводству его плодородия и повышению продуктивности земельных угодий на Азово-Кубанской низменности.

Для достижения поставленной цели было запланировано выполнение следующих задач:

1. Дать характеристику морфометрическим показателям, гранулометрическому составу, агрофизическим и физико-химическим свойствам чернозёма выщелоченного после второй ротации возделывания полевых культур различными технологиями.

2. Определить влияние альтернативных технологий возделывания полевых культур на изменение содержания, запасов и баланса гумуса

чернозема выщелоченного в звене одиннадцатипольного полевого севооборота.

3. Установить влияние различных технологий возделывания озимой пшеницы и озимого ячменя на состав гумуса исследуемой почвы.

4. Выявить воздействие содержания, запасов и состава гумуса чернозема выщелоченного на урожайность и качество озимой пшеницы.

5. Дать оценку эффективности альтернативных технологий возделывания озимой пшеницы на черноземе выщелоченном.

Научная новизна результатов исследований. На основании проведённого комплексного мониторинга гумусного состояния чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности в агроценозах второй ротации одиннадцатипольного полевого севооборота выявлены адаптивные технологии и даны предложения по воспроизводству его плодородия и повышению продуктивности земельных угодий.

Практическая ценность. Для сельскохозяйственных предприятий центральной зоны Краснодарского края с разным уровнем экономического развития разработаны научно-обоснованные предложения по рациональному использованию чернозёмов выщелоченных при возделывании полевых культур адаптивными технологиями, обеспечивающих получение запланированных урожаев при сохранении и воспроизводстве плодородия зональной почвы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Возделывание сельскохозяйственных культур альтернативными технологиями в течение двух ротаций одиннадцатипольного полевого севооборота приводит к изменению морфометрических показателей, агрофизических и физико-химических свойств, содержания, запасов и состава гумуса чернозема выщелоченного.

2. В исследуемой почве наблюдается положительный и отрицательный баланс гумуса в зависимости от агроценозов. Положительный баланс гумуса в черноземе выщелоченном наблюдается под люцерной, независимо от года её вегетации и технологии возделывания.

3. Содержание и состав гумуса чернозема выщелоченного оказывает влияние на урожайность и качество озимой пшеницы, возделываемой различными технологиями.

Апробация работы.Основные положения диссертационной работы и результаты исследований ежегодно рассматривались на научных конференциях Кубанского государственного аграрного университета (20092013 гг.); IV, V, VI и VII Всероссийской научно-практической конференциях молодых ученых «Научное обеспечение АПК», г. Краснодар (2010-2013 гг.); Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых аграрных вузов России, Ростовская область, п. Персиановский (2012 г.); международной научной конференции «Современное состояние черноземов», г. Ростов-на-Дону (24-26 сентября 2013 г.); международной научно-практической конференции «Научно-

обоснованные системы земледелия: теория и практика», г. Ставрополь (25-26 сентября 2013 г.); региональной конференции «Фестиваль Недели науки Юга России», г. Ростов-на-Дону (26-27 ноября 2013 г.).

Публикации результатов исследований.По теме диссертации опубликовано 10 научных работах общим объемом 1,11 печатных листа, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации: Диссертация изложена на 162 страницах компьютерного текста и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, списка литературы из 241 наименования, в том числе 11 иностранных авторов и приложения. Работа включает 41 таблицу, 10 рисунков и 16 приложений.

Личный вклад автора. Автору принадлежит 85% выполненной работы. Под руководством научного руководителя соискателем разработана рабочая программа научных исследований, обоснованы основные научные положения диссертационной работы, проведены полевые исследования и выполнены запланированные аналитические работы в научно-исследовательских лабораториях, проанализированы и статистически обработаны полученные материалы исследований, составлены выводы и предложения производству.

Автор искренне благодарен научному руководителю, заведующему кафедрой почвоведения, профессору В. И. Терпельцу за осуществление общего руководства и помощь при написании диссертации. Автор также выражает благодарность за содействие и помощь в выполнении работы всем сотрудникам кафедры почвоведения, особенно профессору А. В. Бузоверову, профессору В. Н. Слюсареву, доценту В. П. Власенко, доценту Т. В. Швец и старшему преподавателю Е. Е. Баракиной, а также сотрудникам кафедр растениеводства, общего и орошаемого земледелия профессору А. В. Загорулько, доценту П. Т. Букрееву и доценту А. В. Сисо.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ В АГРОЦЕНОЗАХ СТЕПИ И

ЛЕСОСТЕПИ (обзор литературы)

Обзор литературных источников по теме диссертационной работы показал, что использование почв в разных агроценозах изменяет их гумусное состояние (Л. Н. Александрова, 1980; Д. С. Орлов, 1996; В. И. Терпелец, В. Г. Живчиков, 1999; О. С. Безуглова, 2001; Н. М. Тишков, 2005; Н. Г. Малюга, 2008; А. И. Громовик, 2012) и свойства (В. А. Ковда, 1981; Н. Ф. Коробской, 1995; Т. М. Парахневич, 1999; В. А. Королев, 2004; М. С. Сиухина, 2010; В. Н. Слюсарев, 2011; В. П. Власенко, 2012), вследствие этого изменяется баланс гумуса (А. И. Жуков, 1988; А. И. Зелинин, 2008; Н. Г. Малюга и др., 2008; А. П. Пинчук, 2009; В. И. Терпелец, 2013) и, в целом, плодородие.

Следовательно, для создания адаптивных систем земледелия обязателен мониторинг гумусного состояния почв агроценозов с целью

5

воспроизводства их плодородия и повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий, что и обуславливает актуальность результатов исследований, представленных в диссертационной работе.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились по плану научной работы ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» в системе агроэкологическому мониторингу (№№ государственной регистрации 01.2.00606825 и 01201153620) в лабораториях кафедры почвоведения и на опытном поле учхоза «Кубань» в типичном равнинном агроландшафте южной части Азово-Кубанской низменности с 2009 по 2013 гг. Объектом исследований являлся чернозем выщелоченный, занятый культурами одиннадцатипольного зернотравяно-пропашного севооборота, которые возделывались альтернативными технологиями. Длительный многофакторный полевой опыт был заложен на трех полях: в 1992 г. на опытном поле № 1, в 1993 г. - опытном поле № 2, в 1994 г. - опытном поле № 3. На поле №1 вторая ротация севооборота проводилась с 2003 по 2013 гг. Чередование сельскохозяйственных культур, в полевом севообороте следующее: подсолнечник - озимая пшеница - кукуруза на зерно - озимая пшеница - сахарная свекла - озимая пшеница - люцерна 1-го года с подсевом ярового ячменя - люцерна 2-го года - люцерна 3-го года - озимая пшеница - озимый ячмень.

Рнс. I — Карта-схема района исследований на Азово-Кубанской нкзенности

Культурами звена второй ротации полевого севооборота, входящими в объект исследований в 2009-2013 гг., являлись: люцерна первого года жизни (с подсевом ярового ячменя), второго и третьего годов жизни (сорт «Фея»), озимая пшеница (сорт «Юка»), озимый ячмень (сорт «Гордей»),

Стационарный многофакторный длительный полевой опыт агроэкологического мониторинга представлен следующими факторами: А -уровень плодородия, В - система удобрений, С - система защиты растений, Д - система основной обработки почвы (табл. 1).

Таблица 1 - Схема полевого опыта в годы исследований (2009-2013 гг.)

Индекс Фактор опыта

технологии А В - система С - система Д - система

(условное уровень применения защиты растений основной

название) плодоро- удобрений обработки

дия почвы почвы

0001 А0- Во - без удобрения Со - без средств д.-

0002 исходный зашиты безотвальная

(контроль) Д2

0003 отвальная

(экстенсивная) зональная

1111 А1- В] - минимальная С, (рекомендуе

1112 средний норма биологическая мая)

1113 (200 т/га Л 1-го года система защиты Дз-

(беспестицид- навоза + ^оРгоКзо+РзоК-зо растений от отвальная с

ная) 200 кг/га Л-КцРиКи вредителей и глубоким

Р2О5) ОП-^РзоКзо + Изо болезней рыхлением

ОЯ-Ы50Рзо

2221 а2- В2 - средняя норма Сг

2222 повышенн Л 1-го года интегрированная

2223 ый (400 К4оР4оК40+РбоК#) система защиты

(экологически т/га навоза Л-ЫзоРзоКзо растений от

допустимая) + 400 кг/га ОП - Ы^сРбоК^о + N30 сорняков

Р203) ОЯ-^ооРбо

3331 А3- Вз - высокая норма Сз -химическая

3332 высокий Л 1-го года - система защиты

3333 (600 т/га ^0Р80К80+Р|20К.120 растений от

(интенсивная) навоза + Л - ^'боРбоКбо вредителей,

600 кг/га ОП-М,8ОР12оК8О + №О болезней и

р2о5) ОЯ-К2ООР12О сорняков

Звено севооборота: Л - люцерна1-го, 2-го и 3-го годов жизни; ОП - озимая пшеница; ОЯ - озимый ячмень.

В опыте запланировано четыре уровня плодородия чернозема выщелоченного (фактор А), созданных путем внесения в почву возрастающих доз органических удобрений и фосфора.

Диапазоны доз удобрений (фактор В) определялись на основе балансового метода с учетом планируемой урожайности, требуемого

качества продукции, заданных темпов повышения плодородия почвы, благоприятного состояния окружающей среды.

Система защиты растений (фактор С) от сорняков, вредителей и болезней строилась с учетом экономического порога их вредности. Во всех вариантах опыта предусматривалось протравление семян инсектофунгицидами.

Исследования проводились на фоне трех систем основной обработки почвы (фактор Д): Д] - безотвальная (почвозащитная), Д2 — рекомендуемая (зональная) и Д3 - интенсивная отвальная обработка с глубоким рыхлением почвы до 70 см дважды в ротацию через равные промежутки времени (за 11 лет).

Наши наблюдения, учеты и анализы проводились на делянках 12 вариантов условно названных технологий: ООО (экстенсивная технология), 111 (беспестицидная), 222 (экологически допустимая) и 333 (интенсивная) -на фоне всех изучаемых способов основной обработки почвы.

Площадь делянки для люцерны, озимой пшеницы и озимого ячменя составляла: общая 105 м2 (4,2 м х 25,0 м), учетная -34,0 м2 (2,0 м х 17,0 м). Расположение делянок систематическое, повторность опыта трехкратная.

Агротехника возделывания данных культур в опыте проводилась согласно схеме полевого опыта (табл. 1).

Отбор почвенных образцов проводился методом сплошной колонки в слоях 0-20, 20-40 и 40-60 см под всеми культурами звена севооборота в летний период (июль-август.)

В образцах почвы определяли и рассчитывали следующие показатели: общий гумус по методу И. В. Тюрина в модификации В. Н. Симакова (ГОСТ 26213-91); легкоокисляемый гумус по методу И. В. Тюрина в модификации ГИЗР; ускоренное определение состава гумуса минеральных почв методом М. М. Кононовой и Н. П. Бельчиковой; расчет запасов общего и легкоокисляемого гумуса; расчет баланса гумуса.

По окончании второй ротации полевого севооборота на опытном поле № 1, после уборки озимого ячменя, на делянках всех базовых агротехнологий с рекомендуемой (зональной) системой обработки почвы (0002, 1112, 2222, 3332) были заложены полнопрофильные почвенные разрезы с целью определения морфометрических показателей и отбора образцов почвы методом сплошной колонки в слоях 0-20, 20-40, 40-60, 60-80 и 80-100 см. В образцах почвы определены следующие виды анализов: гранулометрический состав методом пипетки по Н. А. Качинскому; плотность почвы методом режущего кольца объемом 50 см3 (ГОСТ 5180-84); плотность твердой фазы пикнометрическим методом (ГОСТ 5180-84); расчет общей пористости и полной влагоемкости; сумма обменных оснований по методу Каппена-Гильковица (ГОСТ 27821-88); гидролитическая кислотность по методу Каппена (ГОСТ 26212-91); расчет степени насыщенности почв основаниями; рН водной и солевой суспензии потенциометрическим методом (ГОСТ 26423-85).

В работе также определяли и учитывали совместно с сотрудниками кафедры растениеводства, следующие показатели: урожайность озимой пшеницы путем обмолота учетной площади делянки комбайном «Сампо-2010» и последующим определением качества урожая; урожайность сена люцерны скашиванием по укосам (урожайность пересчитывали на стандартную влажность). Урожайность озимой пшеницы определена за два года: в 2012 г. на опытном поле № 1, в 2013 г. - на опытном поле № 2.

Оценку биоэнергетической и экономической эффективности технологий возделывания озимой пшеницы и озимого ячменя проводили с использованием методик, разработанных в Кубанском ГАУ.

Статистическую обработку результатов исследований проводили по Б. А. Доспехову дисперсионным методом и методом множественного регрессионного анализа по Е. А. Дмитриеву. Все методы статистического анализа проводились при помощи компьютерной обработки данных в программах Statistica 6 и Microsoft Word Excel.

3. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Территория исследований входит в южную часть Азово-Кубанской низменности Западного Предкавказья. По рельефу она представлена аллювиально-аккумулятивной равниной с покровом лессов разной мощности (В. Ф. Вальков, Ю. А. Штомпель и др., 1996). По схеме агроклиматического районирования Краснодарского края исследуемая территория входит в третий агроклиматический район с умеренно континентальным климатом, мягкой малоснежной зимой, умеренно жарким летом, высокой суммой положительных температур и значительной продолжительностью безморозного и вегетационного периодов.

В прошлом Азово-Кубанская низменность была занята разнотравно-дерновино-злаковыми степями, которые в настоящее время практически распаханы (более 80 %). Исследуемая территория сложена четвертичными отложениями - лессовидными карбонатными глинами и суглинками, являющимися почвообразующимн породами для зональных подтипов черноземов.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В

АГРОЦЕНОЗАХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

(результаты исследовании)

4.1 Морфометрическне показатели

Исследованиями установлено, что в конце второй ротации одиннадцатипольного зернотравяно-пропашного севооборота (22 года) наблюдается тенденция изменения морфометрических показателей чернозема выщелоченного в зависимости от уровня его плодородия и

технологий возделывания полевых культур при зональной системе обработки почвы (Д2). В сравнении с экстенсивной технологией (0002) при использовании других базовых агротехнологий (1112, 2222, 3332) установлено незначительное увеличение мощности гумусово-аккумулятивного (А) и гумусового слоев (А+АВ) чернозема выщелоченного, соответственно, на 3-6 см и 2-5 см. Также отмечено незначительное увеличение глубины верхней границы залегания карбонатов кальция и их новообразований. Это объясняется большей интенсивностью почвообразовательных процессов, проходящих в исследуемом черноземе, особенно при единовременном внесении больших доз (400 и 600 т/га) органических удобрений.

4.2 Гранулометрический состав и агрофизические свойства

Результаты анализов в метровом слое образцов исследуемой почвы показывают, что за две ротации сельскохозяйственных культур, независимо от агротехнологии, гранулометрический состав чернозема выщелоченного не изменился, подтверждая, что он является наиболее консервативной характеристикой его свойств. По гранулометрическому составу чернозем выщелоченный относится к легкой иловато-пылеватой глине с содержанием в слое 0-100 см физической глины (менее 0,01 мм) 60,3-63,9 %, ила (менее 0,001 мм) 36,2-41,0 %. Распределение механических фракций в указанном слое относительно равномерное.

При внесении высоких доз органических удобрений, улучшаются агрофизические свойства почвы. Плотность в метровом слое чернозема выщелоченного при использовании экстенсивной технологии и зональной системы обработки почвы (0002) для возделывания озимой пшеницы составляет 1,28-1,45 г/см3, интенсивной (3332) - 1,17-1,39 г/см3, пористость общая, соответственно, 46,7-52,3 % и 48,2-55,0 %, что способствует увеличению полной влагоемкости и запасов влаги.

4.3 Физико-химические свойства

Внесение высоких доз органических удобрений способствует стабилизации почвенно-поглощающего комплекса в черноземе выщелоченном на делянках с заданным высоким уровнем плодородия при зональной системе обработки почвы. В конце второй ротации одиннадцатипольного полевого севооборота сумма обменных оснований, гидролитическая и активная кислотность в исследуемом черноземе на делянках с экстенсивной (0002) и беспестицидной (1112) технологиями практически не отличались. Варианты с экологически допустимой (2222) и интенсивной технологиями (3332) отличались тенденцией к улучшению этих характеристик. Установлено снижение гидролитической кислотности в черноземе выщелоченном на 8,5-11,0 % относительно экстенсивной агротехнологии (0002).

5. МОНИТОРИНГ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ (результаты исследований)

5.1 Изменение гумусного состояния чернозема выщелоченного при сельскохозяйственном использовании 5.1.1 Содержание н запасы гумуса

Исследованиями установлено, что в конце второй ротации содержание общего гумуса в верхнем слое чернозема выщелоченного после уборки озимого ячменя составляло 3,03-3,72 %. Минимальные значения этих показателей отмечены на варианте 0003, а максимальные - на 3331 (табл. 2).

Таблица 2 - Содержание общего гумуса в слое 0-20 см чернозема выщелоченного при возделывании полевых культур _различными технологиями (2009-2013 гг.)__

Индекс технологии Год / культура Среднее за2009 -2013 гг.

2009г. 2010г. 2011г. 2012г. 2013 г.

люцерна+ яр.ячмень люцерна 2 года люцерна 3 года озимая пшеница озимый ячмень

0001 3,30 3,61 3,87 3,31 3,22 3,46

0002 3,15 3,46 3,56 3,24 3,20 3,32

0003 3,10 3,10 3,25 3,11 3,03 3,12

1111 3,24 3,86 3,93 3,47 3,38 3,58

1112 3,25 3,65 3,68 3,40 3,38 3,47

1113 3,26 3,11 3,46 3,26 3,36 3,29

2221 3,55 3,91 3,81 3,55 3,48 3,66

2222 3,08 3,41 3,31 3,49 3,44 3,35

2223 3,52 3,25 3,50 3,42 3,48 3,43

3331 3,74 4,08 4,17 3,80 3,72 3,90

3332 4,03 4,15 4,18 3,72 3,64 3,94

3333 4,03 4,02 4,06 3,56 3,60 3,85

НСР05 0,13 0,14 0,10 0,08 0,08

Наибольшее содержание обшего гумуса в пахотном слое чернозёма выщелоченного (4,17-4,18 %) наблюдаюсь под люцерной 3-го года жизни при использовании интенсивной агротехнологии на фоне безотвальной и зональной систем обработки почвы, что объясняется поступлением в почву

большого количества органических остатков и слабой минерализацией гумуса в сравнении с глубоким отвальным рыхлением. Озимые культуры оставляют после себя меньшее количество корневно-пожнивных остатков, поэтому запасы гумуса под озимой пшеницей (2012 г.) и озимым ячменем (2013 г.) значительно меньше, чем под люцерной.

Наибольшие запасы гумуса в слое от 0-60 см были отмечены при возделывании озимой пшеницы экологически допустимой и интенсивной технологиями при использовании системы безотвальной обработки почвы (2221, 3331), а наименьшие отмечались на всех изучаемых агротехнологиях при рекомендуемой (Д2) и отвальной (Д3) системах обработки почвы (рис.2).

Рисунок 2 - Запасы общего гумуса в слое 0-60 см чернозема выщелоченного (2009-2013 гг.)

т люцерна+ячмень в люцерна 2-го года ■ люцерна 3-го года

И озимая пшеница Ш озимый ячмень

го зоо

250

го 200 и

>" 150

100

2 50 и

го О С го го

экстенсивная

Технология возделывания

интенсивная

Регрессионный анализ показал, что интенсификация агротехнологий, направленная на создание высокого уровня плодородия почвы с использованием органических и минеральных удобрений и безотвальной системы обработки почвы, способствовала повышению содержания общего и легкоокисляемого гумуса в черноземе выщелоченном Азово-Кубанской низменности. Наибольшее положительное влияние на эти показатели оказал фактор уровня плодородия (А) почвы, доля влияния которого под озимой пшеницей составила, соответственно, в слое 0-20 см - 41,5 и 48,2 % (табл. 3). Интенсификация систем основной обработки почвы и защиты растений, являлась ограничивающим фактором в увеличении содержания и запасов гумуса.

Таблица 3 - Регрессионная зависимость содержания гумуса от изучаемых _факторов при возделывании озимой пшеницы (2012 г.)_

Глубина отбора образца, см Свободный член уравнения Доля влияния (числитель, %) и коэффициенты регрессии (знаменатель) по факторам Множественный коэффициент корреляции

А В 1 С | Э

общий гумус

0-20 3,238 41,5* 0,080 19,3 0,036 0,08 0,003 19,3* -0,050 0,880

0-60 2,965 47,2* 0,016 14,4 0,013 10,9 0,012 М -0,008 0,869

легкоокисляемый гумус

0-20 2,436 48,2* 0,090 20,4 0,048 4^6 -0,006 13,9 -0,026 0,918

0-60 2,238 45,3* 0,066 20,6 0,028 ТА 0,015 о Гоо 0,883

Примечание: А - уровень плодородия почвы; В - система удобрений; С -система защиты растений; О - система основной обработки почвы; * - Доля влияния существенна на 5 %-ном уровне.

Единовременное внесение в почву высоких доз органических удобрений (400 и 600 т/га навоза) для создания повышенного и высокого уровней плодородия, не способствовало повышению содержания гумуса в верхнем слое чернозема выщелоченного до расчетных показателей (3,30-3,50 % и 3,70-3,90 %) и составило в среднем за вторую ротацию, соответственно, 3,20-3,52 % и 3,60-3,64%. Однако, фактическое содержание гумуса, на исходном уровне плодородия (2,97-3,25 %) составило выше запланированного (2,70-2,80 %) в среднем в 1,1-1,2 раза.

5.1.2Состав гумуса

Все изменения, происходящие в почве в результате ее сельскохозяйственного использования, связаны с состоянием гумуса, который неоднороден по составу. Это обусловлено различной степенью разложения органических веществ, характером их изменений, а также связями гумусовых соединений между собой и с минеральной частью почвы.^ В составе гумуса чернозема выщелоченного в слое 0-20 см под озимой пшеницей, возделываемой различными технологиями, наблюдается преобладание гуминовых кислот над фульвокислотами. Тип гумуса исследуемого чернозема характеризуется как фульватно-гумутный, так как количество гуминовых кислот превышает содержание фульвокислот в 1,6-2,0 раза (табл. 4). В нижележащих слоях это соотношение несколько уменьшается.

Таблица 4 - Изменение состава гумуса чернозема выщелоченного в слое 0-20 см при возделывании озимой пшеницы альтернативными технологиями (2012 г.)

Индекс агротехно -логаи Гумус общий, % Углерод общий, % Углерод гумусовых веществ к массе сухой почвы, % / Углерод гумусовых веществ от общего углерода, % <УСф

извлекаемых 0,1н ЫаОН гуминовые кислоты фульво- КИС110ТЫ негидролизу см ый остаток

всего свободные и связанные с КгОз связанные с Са

0001 3,31 1,92 0,28/14,8 0,74/38,4 0,09/4,7 0,65/33,7 0,37/19,3 0,81/42,3 2,0

0002 (контроль ) 3,24 1,88 0,27/14,2 0,61/32,1 0,09/4,8 0,51/27,3 0,41/21,1 0,86/45,8 1,5

0003 3,11 1,80 0,24/13,2 0,61/34,0 0,08/4,6 0,53/29,4 0,33/18,2 0,86/47,8 1,8

1111 3,47 2,01 0,32/16,1 0,72/36,0 0,13/6,6 0,59/29,4 0,42/20,7 0,87/43,3 1.7

1112 3,40 1,97 0,29/14,9 0,68/34,4 0,13/6,4 0,55/28,0 0,39/20,0 0,90/45,6 1,7

1113 3,26 1,89 0,30/15,9 0,65/34,0 0,11/5,8 0,53/28,2 0,34/18,2 0,90/47,8 1,9

2221 3,55 2,06 0,36/17,5 0,73/35,2 0,14/6,8 0,59/28,4 0,45/21,6 0,88/43,2 1,6

2222 3,49 2,02 0,32/15,6 0,74/36,6 0,11/5.4 0,63/31,2 0,38/18,6 0,90/44,8 1.9

2223 3,42 1,98 0,35/17,5 0,69/34,6 0,11/5,6 0,57/29,0 0,38/19,1 0,91/46,3 1,8

3331 3,80 2,20 0,37/16,9 0,77/34,8 0,15/6,6 0,62/28,2 0,48/21,9 0,95/43,3 1,6

3332 3,72 2,16 0,37/17,3 0,77/35,7 0,14/6,6 0,63/29,1 0,40/18,7 0,99/45,6 1,9

3333 3,56 2,06 0,40/19,4 0,72/34,9 0,15/7,2 0,57/27,7 0,38/18,3 0,96/46,8 1,9

НСРоз АВСД 0,09 0,08

Степень гумификации органического вещества, определяемая по отношению углерода гуминовых кислот к общему углероду, в слое 0-20 см чернозема выщелоченного независимо от агротехнологий является высокой и составляет 32,1-38,4 %. Из гуминовых кислот преобладает фракция связанная с кальцием, составляющая в верхнем слое 85,0-87,8 % от углерода гуминовых кислот, что указывает на замедление процессов минерализации гумуса в черноземе выщелоченном.

Регрессионная зависимость состава гумуса под озимой пшеницей в исследуемых слоях чернозема выщелоченного показала, что содержание лабильных гумусовых веществ («лабильного гумуса»), извлекаемых 0,1 н ЫаОН в большей степени зависит от уровня плодородия почвы (фактор А) и составляет в слое 0-20 - 47,2.% (табл. 5).

Результаты проведенного регрессионного анализа показывают, что с увеличением дозы минеральных и органических удобрений также увеличивалось количество гуминовых кислот свободных и связанных с полуторными окислами, указывая на «омоложение» гумуса.

Таблица 5 - Регрессионная зависимость состава гумуса чернозема выщелоченного (0-20 см) от приемов возделывания озимой _пшеницы, 2012 г.__

Показатель Свободный член уравнения Доля влияния (числитель, %) и коэффициенты регрессии (знаменатель) по факторам Множественный коэффициент корреляции

А В ! С д

Гумусовые вещества извлекаемые 0,1 н 0,257 47.2* 0,020 м 0,006 Ш 0,003 10,0 -0,006 0,816

Гуминовые кислоты °>708 ! о% 62 -0,013 1Л 0,004 1Л -0,020 0,544

Гуминовые кислоты свободные и связанные с Я^СЬ I ш. °'126 | 0,014 1Л 0,008 10,8 0,004 6,2 -0,002 0,780

Гуминовые кислоты связанные с кальцием 0,580 м 0,014 3^7 ! 04 -0,010 | -0,004 И -0,020 0,423

Фульвокислоты ; 0,454 18,4 0,022 М 1 -0,006 ^ -0,003 28.0* -0,060 0,712

Негидролизуемый ! | 0,9 остаток 0,808 ; ^ ^^ 5^2 0,011 0,6 -0,010 13,5 0,032 0,436

Из других факторов агротехнологий, влияющих, но в меньшей степени на гумусовые вещества, относятся система удобрений (фактор В) и система защиты растений (фактор С). При этом система удобрений при возделывании

озимой пшеницы способствовала повышению подвижных гумусовых веществ, а система защиты растений нарушению микробиологической деятельности, так как использовались средства защиты растений и, следовательно, это приводило к уменьшению содержания гуминовых кислот, связанных с кальцием в составе гумуса чернозема выщелоченного.

При изучении состава гумуса чернозема выщелоченного в конце второй ротации под озимым ячменем установлены те же тенденции, что и под озимой пшеницей. Установлено, что в конце второй ротации, при возделывании озимого ячменя различными технологиями с зональной системой обработки почвы чернозем выщелоченный в верхнем слое (0-20 см) относится к фульватно-гуматному типу гумуса (1,4-2,0).

Степень гумификации органического вещества в слое 0-20 см чернозема выщелоченного является высокой и составляет 32,8-39,2 %. В нижних слоях этот показатель несколько уменьшается. Содержание свободных гуминовых кислот и гуминовых кислот связанных с подвижными полуторными окислами во всех слоях чернозема выщелоченного низкое.

Результаты исследований свидетельствуют, что улучшение качественного состава гумуса чернозема выщелоченного в агроценозах Азово-Кубанской низменности происходит при применении беспестицидной технологии возделывания полевых культур с использованием безотвальной системы основной обработки почвы (1111) и экологически допустимой технологии возделывания полевых культур с использованием безотвальной (2221) или зональной (2222) систем обработки почвы. Эти агротехнологии способствуют повышению степени гумификации органического вещества, повышению содержания и запасов гумуса в сравнении с другими технологиями. Интенсификация технологий возделывания сельскохозяйственных культур не способствует улучшению качества гумуса, так как значительно снижается содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием.

5.1.3Баланс гумуса

Баланс гумуса рассчитывался как разность между статьями его прихода за счет пожнивно-корневых остатков, внесения органических удобрений, а также расхода за счет минерализации (табл. 6).

При возделывании люцерны в течение трех лет различными технологиями баланс гумуса в верхнем слое чернозема выщелоченного был различным, но только положительным и объясняется тем, что корни люцерны активно участвуют в создании почвенного плодородия. Они вовлекают в почвообразовательный процесс большую массу органического вещества после своего отмирания, особенно азота, синтезированного клубеньковыми бактериями.

Максимальное накопление гумуса в черноземе выщелоченном установлено под люцерной второго года жизни, которое составляло от +1,72

(0003) до +2,32 т/га (3332),что объясняется наибольшей ее урожайностью и значительной массой оставляемых в почве пожнивных и корневых остатков.

Таблица 6 - Баланс гумуса в слое 0-20 см чернозема выщелоченного при возделывании полевых культур различными __технологиями в 2009-2013 гг., т/га__

Год/культура

Индекс 2009 2010 2011 2012 2013

озимый ячмень

технологии люцерна+ люцерна люцерна озимая

яр.ячмень 2 года 3 года пшеница

0001 +1,51 +2,14 +1,87 -0,28 -0,27

1111 +1,59 +2,09 +1,72 -0,27 -0,26

2221 +1,76 +2,23 +1,73 -0,13 -0,12

3331 +1,82 +2,26 +1,79 +0,01 -0,13

0002 +1,25 +1,89 +1,87 -0,27 -0,33

1112 +1,59 +2,06 +1,76 -0,29 -0,27

2222 +1,66 +2,15 +1,97 -0,14 -0,12

3332 +1,87 +2,32 +1,84 +0,01 -0,13

0003 +1,26 +1,72 +1,85 -0,28 -0,44

1113 +1,51 +1,91 +1,94 -0,29 -0,29

2223 +1,65 +2,04 +1,77 -0,13 -0,13

3333 +1,94 +2,16 +1,74 +0,01 -0,13

При возделывании различными технологиями озимых культур сплошного сева (озимая пшеница, озимый ячмень), независимо от системы обработки почвы в верхнем слое чернозема выщелоченного наблюдается отрицательный баланс гумуса. Поэтому при возделывании вышеуказанных культур обязательно необходимо использовать органические удобрения исходя из расчетных данных по балансу гумуса чернозема выщелоченного.

5.2 Влияние гумусного состояния чернозема выщелоченного на урожайность и качество озимой пшеницы

В среднем за два года исследований самый высокий фактический урожай озимой пшеницы (6,43-6,47 т/га) получен на делянках с экологически допустимой технологией ее возделывания при отвальной зональной и отвальной с глубоким рыхлением системах обработки почвы (2222, 2223). На делянках с интенсивной агротехнологией с использованием всех систем обработки почвы урожайность зерна получена несколько ниже и составила 6,21-6,34 т/га. Это объясняется тем, что в 2013 г. не удалось получить объективную запланированную высокую урожайность зерна этой культуры

17

по данной технологии, так как перед уборкой озимой пшеницы в июне прошли интенсивные дожди, в результате наблюдалось массовое полегание растений озимой пшеницы и доля влияния неучтенного погодного фактора оказалась высокой (рис. 3).

ООО 111 222 333

Технологии возделывания

Рисунок 3 - Урожайность зерна озимой пшеницы сорта «Юка» при различных технологиях ее возделывания (2012-2013 гг.)

Несмотря на погодные условия, с повышением интенсивности агротехнологий, увеличивается урожайность зерна озимой пшеницы. Однако, максимальный урожай зерна озимой пшеницы (6,43-6,47 т/га), в среднем за два года, получен по экологически допустимой технологии (2222 и 2223) при использовании рекомендуемой зональной и отвальной системах обработки почвы. Из этого следует, что на экологически допустимой технологии комплекс изучаемых в опыте факторов практически достиг своего оптимума для данных условий возделывания и дальнейшая интенсификация агротехнологий малоэффективна.

Важными характеристиками зерна озимой пшеницы, кроме урожайности, является его качество, основные показатели которого, содержание в нем белка, клейковины и общей стекловидности зерна.

При использовании всех изучаемых агротехнологий и систем обработки почвы в зерне озимой пшеницы содержалось от 14,2 до 15,3 % белка. Тем не менее, несколько большее содержание белка в зерне пшеницы было определено при использовании экологически допустимой (222) и интенсивной (333) агротехнологий на всех системах обработки почвы.

Исследованиями также установлено, что наименьшее содержание клейковины было в зерне озимой пшеницы сорта «Юка», возделываемой по экстенсивной (ООО) и беспестицидной (111) технологиям при использовании всех систем обработки почвы (23,5 % до 24,3 %). Несколько выше (24,1-25,8 %) он составлял при использовании экологически допустимой агротехнологии (222). Максимальное содержание сырой клейковины в зерне озимой пшеницы (25,7-26,2 %) отмечено при возделывании озимой пшеницы по интенсивной технологии независимо от системы обработки почвы.

Во всех исследуемых агротехнологиях, независимо от системы обработки почвы, общая стекловидность зерна колебалась от 53,5 до 58,4 %, поэтому зерно озимой пшеницы сорта «Юка» относится ко второй группе стекловидности.

Результаты проведенного регрессионного анализа зависимости урожайности зерна озимой пшеницы от различных агротехнологий на черноземе выщелоченном представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Регрессионная зависимость урожайности зерна озимой пшеницы от различных агротехнологий на черноземе выщелоченном _(2012-2013 ггЛ __

Культура Свободный член уравнени я Числитель, % - доля влияния, знаменатель -коэффициенты регрессии по факторам Множественный коэффициент корреляции

А В С Д

Озимая пшеница 3,233 6^2 0,082 70,8* 1,020 17,0 0,290 и. 0,127 0,958

Примечание: А — уровень плодородия почвы; В - система удобрений; С -система защиты растений; Д — система основной обработки почвы; * - Доли влияния существенна на 5 %-ном уровне.

В результате множественного регрессионного анализа было получено следующее уравнение регрессии урожайности озимой пшеницы: Урожайность = 3,233+0,082А+1,020В+0,290С+0,127Д.

Все изучаемые факторы агротехнологий, положительно влияют на урожайность озимой пшеницы. В большей степени влияние на урожайность оказывает система удобрений (фактор В) с долей влияния 70,8 %, затем следуют система защиты растений (фактор С) - 17,0 % и уровень плодородия почвы (фактор А) - 6,2 %. Наименьшее влияние на урожайность озимой пшеницы оказывает система основной обработки почвы (фактор Д), доля влияния составляет 1,7 %.

6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ЧЕРНОЗЕМЕ

ВЫЩЕЛОЧЕННОМ

6.1 Биоэнергетическая оценка эффективности агротехнологий

Метод биоэнергетической оценки эффективности возделывания сельскохозяйственных культур сводится к сравнению совокупных затрат энергии на производство продукции и количества энергии, получаемой с урожаем.

Исследованиями установлено, что на озимой пшенице в 2012 году минимальные затраты совокупной энергии при возделывании озимой пшеницы были на вариантах с экстенсивной технологией (ООО) - 11,8-13,3 ГДж. Интенсификация приемов возделывания в вариантах 111, 222 и 333 приводило к увеличению энергозатрат в 4,0-4,5 раза.

Максимальное приращение энергии отмечено на варианте 0003 и составляло 199,01 ГДж, при этом коэффициент чистой эффективности был -14,96, а наибольшим этот показатель был на варианте 0002 - 16,82.

Интенсивная технология (333) приводила к снижению энергетической эффективности. Выход зерна на 1 ГДж при этой технологии был минимальным - 0,12 т, также минимальным был и коэффициент чистой эффективности - 3,03-3,21.

Согласно данным расчета биоэнергетической эффективности наиболее целесообразной технологией возделывания озимой пшеницы являются беспестицидная (1112) и экологически допустимая (2222) в комплексе с рекомендуемой системой обработки почвы. На этих агротехнологиях отмечены высокие значения приращения энергии, коэффициента чистой эффективности, а также выход основной продукции в расчете на 1 ГДж затраченной энергии (1 ц жидкого топлива и 1 чел.-час). Приращение энергии на технологиях 2221 и 2222 в 1,1 раза ниже, чем на 0001 и 0002.

Следовательно, интенсификация технологий возделывания озимой пшеницы значительно увеличивает затраты совокупной энергии на 1 га ( от 11,8 до 53,3 гДж), в связи с этим увеличиваются и показатели выхода энергии с 1 га основной и побочной продукции, а также увеличиваются затраты труда и расход топлива.

6.2 Экономическая эффективность агротехнологий

Расчеты экономической эффективности различных агротехнологий показали, что наибольшая величина чистого дохода при возделывании озимой пшеницы была получена по экстенсивной технологии (000) в связи с вышеуказанными неблагоприятными погодными условиями, наблюдавшимися в конце вегетационного периода. Сравнительно низкий уровень рентабельности на более интенсивных агротехнологиях объясняется также высокими ценами на удобрения и средства защиты растений.

Однако, необходимо отметить, что экологически допустимая агротехнология в комплексе с безотвальной (2221) и рекомендуемой зональной (2222) системами обработки почвы способствуют улучшению гумусного состояния чернозема выщелоченного и получению стабильных высоких урожаев озимой пшеницы и чистого дохода. Очень высокие показатели производственных затрат (22130-22500 руб./га) и стоимости валовой продукции получены при возделывании озимой пшеницы по интенсивной технологии при всех системах обработки почвы, что обусловило низкий уровень рентабельности.

выводы

1.Длительное использование в течение двух ротаций в одиннадиатипольном полевом севообороте альтернативных технологий возделывания сельскохозяйственных культур по-разному влияет на морфометрические, агрофизические и агрохимические показатели чернозема выщелоченного Азово-Кубанской низменности. Внесение высоких доз органических удобрений способствовало незначительному увеличению мощности гумусового слоя исследуемого чернозема, улучшению его агрофизических и физико-химических свойств. Независимо от агротехнологий, гранулометрический состав чернозема выщелоченного не изменяется и относится к легкой иловато-пылеватой глине с содержанием в слое 0-100 см физической глины (менее 0,01 мм) 60,3-63,9 %, подтверждая, что он является наиболее консервативной характеристикой его свойств.

2. Интенсификация технологий возделывания полевых культур на Азово-Кубанской низменности, направленная на создание высокого уровня плодородия почвы с использованием безотвальной системы обработки почвы, способствовала повышению содержания общего и легкоокисляемого гумуса в черноземе выщелоченном. Максимальное положительное влияние на указанные показатели оказал фактор уровня плодородия (А) почвы. Доля влияния этого фактора в почве под озимой пшеницей составила, соответственно, в слое 0-20 см — 41,5 и 48,2 %, под озимым ячменем - 36,2 и 49,5 %. Такая же закономерность наблюдается и в слое 0-60 см исследуемой почвы. Ограничивающим фактором в увеличении содержания и запасов гумуса в черноземе являлись интенсификация системы основной обработки почвы (фактор Д) и системы защиты растений (фактор С).

3. Единовременное внесение высоких доз (400 и 600 т/га) органических удобрений (навоза), для создания повышенного (фактор А2) и высокого (фактор А3) уровней плодородия, не способствовало повышению содержания общего гумуса в слое 0-20 см чернозема выщелоченного до расчетных показателей (3,33,5 % и 3,7-3,9 %). В среднем за вторую ротацию (11 лет) полевого севооборота, содержание гумуса в верхнем слое исследуемой почвы составило,

[■ППТП^^ПРиЧ^ % и ^ АП-'З Оттцо!ГГ\ \ГПЛПЧР

плодородия (фактор А0) содержание общего гумуса в этом слое чернозема оказалось выше запланированного (соответственно, 2,97-3,25 и2,7-2,8 %) в среднем в 1,1-1,2 раза.

4. Максимальные запасы гумуса в слое 0-60 см чернозема выщелоченного отмечены под люцерной второго и третьего годов вегетации при использовании интенсивной технологии ее возделывания (3331) и безотвальной системы основной обработки почвы.

5. Факторы агротехнологий оказывали разное влияние на показатели состава гумуса в слое 0-60 см чернозема выщелоченного: положительное -уровень плодородия (фактор А) на лабильные гумусовые вещества, гумнновые кислоты свободные и связанные с Я203 и фульвокислоты (с долей

влияния, соответственно, под озимой пшеницей - 50,6; 40,4 и 18,4%, под озимым ячменем - 51,2; 41,3 и 16,4%), отрицательное - система применения удобрений (фактор В) и система обработки почвы (фактор Д) на общее содержание гуминовых кислот и гуминовых кислот связанных с кальцием. Система защиты растений (фактор С) способствовала снижению в слое 0-20 см стабильных компонентов гумуса - гуминовых кислот связанных с кальцием и гуминов.

6. Улучшение качественного состава гумуса чернозема выщелоченного в агроценозах Азово-Кубанской низменности происходит при применении беспестицидной технологии возделывания полевых культур с использованием безотвальной системы основной обработки почвы (1111) и экологически допустимой технологии возделывания полевых культур с использованием безотвальной (2221) или зональной (2222) систем обработки почвы, способствующие повышению степени гумификации органического вещества. Интенсификация технологий возделывания сельскохозяйственных культур не способствует улучшению качества гумуса, так как значительно снижается содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием.

7.Во второй ротации одиннадцатипольного зернотравяно-пропашного севооборота положительный баланс гумуса в верхнем слое чернозема выщелоченного отмечен только под люцерной трех лет вегетации и кукурузой, независимо от технологии их возделывания. Под озимыми культурами сплошного сева, в зависимости от предшественника, бездефицитный баланс гумуса в исследуемой почве наблюдается только при использовании интенсивных технологий. Отрицательный баланс гумуса в черноземе выщелоченном установлен при возделывании разными технологиями пропашных технических культур, особенно сахарной свеклы.

8. В конце второй ротации одиннадцатипольного полевого севооборота все факторы агротехнологий положительно влияли на урожайность озимой пшеницы. Максимальное влияние на этот показатель оказывает система удобрений с долей влияния 70,8 %, затем следуют система защиты растений - 17,0 % и уровень плодородия почвы - 6,2 %. Наименьшее влияние на урожайность озимой пшеницы оказывает система основной обработки почвы с долей влияния 1,7 %.

9.Учитывая гумусное состояние чернозема выщелоченного и основные показатели биоэнергетической и экономической эффективности агротехнологий, наиболее целесообразно в условиях региона возделывать озимую пшеницу и другие полевые культуры по экологически допустимой (2221 и 2222) или беспестицидной технологиям (1111 и 1112) с использованием безотвальной или рекомендуемой зональной систем основной обработки почвы. Эти агротехнологии способствуют повышению содержания и запасов гумуса, улучшению его качества в черноземе в сравнении с другими технологиями и получению стабильных и высоких урожаев возделываемых сельскохозяйственных культур.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

С учетом гумусного состояния чернозема выщелоченного, основных биоэнергетических и экономических показателей при получении высоких урожаев озимой пшеницы сельскохозяйственным предприятиям центральной зоны Краснодарского края в зависимости от уровня экономического развития следует применять экологически допустимую или беспестицидную технологии возделывания этих культур, используя безотвальную и зональную систему обработки почвы.

Для получения высоких урожаев высококачественного зерна озимой пшеницы и воспроизводства плодородия чернозема выщелоченного следует применять экологически допустимую технологию ее возделывании, с применением средних доз минеральных удобрений (И-хЛо^мо) под основную обработку почвы, N30 весной в фазу колошения, интегрированной защиты растений от сорняков и безотвальной или отвальной зональной (рекомендуемой) систем основной обработки почвы. С целью получения экологически чистой продукции зерна озимой пшеницы и улучшения гумусного состояния зонального чернозема необходимо применять беспестицидную технологию, с использованием минимальных доз минеральных удобрений (^РзоКго) под основную обработку и подкормки в фазу колошения в дозе N30, а также биологической системы защиты растений от вредителей и болезней и вышеуказанных систем обработки почвы.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1.Терпелец, В. И. Изменение гумусного состояния чернозема выщелоченного Азово-Кубанской низменности при возделывании полевых культур альтернативными технологиями / В. И. Терпелец, Ю. С. Плитинь, Е. Е. Баракина // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №93(09). - С. 831-846. Режим доступа: - http://ej.kubagro.ru/2013/09/pdf/106.pdf

2.Терпелец, В.И. Изменение свойств и воспроизводство плодородия чернозема выщелоченного в агроценозах Западного Предкавказья / В. И. Терпелец, В. Н. Слюсарев, В. П. Власенко, Ю. С. Плитинь, Е. Е. Баракина, О. В. Жердева // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар, 2013. - № 6 (45). - С. 146-151.

Статьи в других изданиях:

3. Терпелец, В. И. Современное состояние почв равнинного и низменно-западинного агроландшафтов в агроэкологическом мониторинге Западного Предкавказья / В. И. Терпелец, Е. Е. Прочухан, Ю. С. Плитинь //

Энтузиасты аграрной науки. - Краснодар: Кубанский ГАУ, 2010. - Вып. № 12.-С. 66-68.

4.Баракина, Е. Е. Качественная оценка чернозема выщелоченного равнинного агроландшафта агроэкологического мониторинга в условиях Западного Предкавказья / Е. Е. Баракина, Ю. С. Плитинь // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы IV Всерос. конф. мол. ученых.

- Краснодар: Кубанский ГАУ, 2010. - С. 109-110.

5.Плитинь, Ю. С. Структура почвенного покрова равнинного агроландшафта агроэкологического мониторинга южной части Западного Предкавказья / Ю. С. Плитинь, Е. А. Колодько // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: материалы V Всерос. конф. мол. ученых.

- Краснодар: Кубанский ГАУ, 2011. - С. 136-137.

6.Терпелец, В. И. Изменение гумусного состояния чернозема выщелоченного при возделывании озимой пшеницы различными агротехнологиями / В. И. Терпелец, Ю. С. Плитинь, Н. В. Громыко // Студенчество и наука: сборник научных работ студентов и молодых ученых. - Краснодар: Кубанский ГАУ, 2012. - С. 65-68.

7.Терпелец, В. И. Динамика агрофизических свойств почв низменно-западинных агроландшафтов Кубани под влиянием обработок и систем удобрений / В. И. Терпелец, В. П. Власенко, Ю. С. Плитинь, Ю. И. Шенец // Энтузиасты аграрной науки. - Краснодар: Кубанский ГАУ, 2012. - Вып. № 14.-С. 179-181.

8. Терпелец, В. И. Мониторинг баланса гумуса в черноземе выщелоченном Западного Предкавказья при возделывании полевых культур альтернативными технологиями / В. И. Терпелец, Ю. С. Плитинь, Т. В. Швец, Е. Е. Баракина // Современное состояние черноземов: материалы Междунар. науч. конф. - Ростов-на-Дону, 24-26 сентября, 2013. - С. 307308.

9.Терпелец, В. И. Мониторинг гумусного состояния чернозема выщелоченного в агроценозах Западного Предкавказья / В. И. Терпелец, Ю. С. Плитинь, Е. Е. Баракина // Научно-обоснованные системы земледелия: теория и практика: материалы Междунар. науч. конф. -Ставрополь, 25-26 сентября, 2013. - С. 215-217.

10. Плитинь, Ю. С. Влияние различных технологий возделывания полевых культур на содержание и баланс гумуса в черноземе выщелоченном Западного Предкавказья / Ю. С. Плитинь // Фестиваль Недели науки Юга России: материалы регионал. конф. - Ростов-на-Дону, 26-27 ноября 2013. -С. 61-63.

Подписано к печати26,,06.2014г. Бумага офсетная Печ. л.1 Тираж 100 экз.

Формат 60x84 1/16 Офсетная печать Заказ № 422

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО Кубанский ГАУ 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Плитинь, Юлия Сергеевна, Краснодар

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

04201460507 На правах рукописи

ПЛИТИНЬ Юлия Сергеевна

ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В АГРОЦЕНОЗАХ АЗОВО-КУБАНСКОЙ НИЗМЕННОСТИ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор ТЕРПЕЛЕЦ В.И.

Краснодар - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ В АГРОЦЕНОЗАХ СТЕПИ И ЛЕСОСТЕПИ (обзор литературы) 8

1.1 Влияние сельскохозяйственного использования почв на их гумусное состояние 8

1.2 Изменение баланса гумуса в почвах агроценозов 22

1.3 Влияние гумусного состояния черноземов на продуктивность земельных угодий 28

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 34

3. УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 42

3.1 Геоморфология, климат и агроклиматические условия в годы 42 проведения исследований

3.2 Гидрология, растительность и почвообразующие породы 50

4. ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В АГРОЦЕНОЗАХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА (результаты исследований) 53

4.1 Морфометрические показатели 53

4.2 Гранулометрический состав и агрофизические свойства 55

4.3 Физико-химические свойства 58

5. МОНИТОРИНГ ГУМУСНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ 61

5.1 Изменение гумусного состояния чернозема выщелоченного

при сельскохозяйственном использовании 61

5.1.1 Содержание и запасы гумуса 61

5.1.2 Состав гумуса 78

5.1 .ЗБаланс гумуса 92 5.2 Влияние гумусного состояния чернозема выщелоченного на

урожайность и качество озимой пшеницы 100 6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ НА ЧЕРНОЗЕМЕ

ВЫЩЕЛОЧЕННОМ 106

6.1 Биоэнергетическая оценка эффективности агротехнологий 106

6.2 Экономическая эффективность агротехнологий 110 ВЫВОДЫ 114 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 117 ЛИТЕРАТУРА 118 ПРИЛОЖЕНИЯ 145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Почвенный покров Краснодарского края характеризуется значительным разнообразием, что обусловлено уникальностью природных условий региона. Наибольшую площадь среди почв края, составляющую 4084 тыс. га (54,1 % от площади почв), занимают высокоплодородные почвы - черноземы обыкновенные, типичные и выщелоченные, сформировавшиеся в основном на Азово-Кубанской низменности Западного Предкавказья. Сельскохозяйственные угодья на этих почвах составляют 3148,6 тыс. га, в том числе, под пашней находится 2959,5 тыс. га (78,1 % от площади пашни). Черноземы выщелоченные распространены в южной части Азово-Кубанской низменности, прилегающей к правобережью реки Кубань, на площади 240,7 тыс. га (пашня составляет 160,2 тыс. га). Черноземы на Кубани имеют огромное производственное значение. Однако, длительная интенсивная эксплуатация черноземов, привела к дисбалансу между потенциальным и эффективным плодородием, с последующими негативными экологическими последствиями. За последние 30-40 лет черноземы Азово-Кубанской низменности потеряли в верхнем слое более 30% гумуса от его исходного содержания, что значительно ухудшило их агрофизические, агрохимические и микробиологические свойства [9, 10, 11, 44, 48, 90, 116, 198, 205]. Следовательно, в настоящее время для рационального использования черноземов Краснодарского края необходимо проводить исследования для изучения изменения их гумусного состояния и свойств в агроценозах с целью внедрения адаптивных агротехнологий, обеспечивающих воспроизводство их плодородия и повышение продуктивности земледелия.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в мониторинге гумусного состояния чернозёма выщелоченного в агроценозах второй ротации одиннадцатипольного полевого севооборота при

возделывании сельскохозяйственных культур альтернативными технологиями для разработки предложений по воспроизводству его плодородия и повышению продуктивности земельных угодий на Азово-Кубанской низменности.

Для достижения поставленной цели было запланировано выполнение следующих задач:

1. Дать характеристику морфометрическим показателям, гранулометрическому составу, агрофизическим и физико-химическим свойствам чернозёма выщелоченного после второй ротации возделывания полевых культур различными технологиями.

2. Определить влияние альтернативных технологий возделывания полевых культур на изменение содержания, запасов и баланса гумуса чернозема выщелоченного в звене одиннадцатипольного полевого севооборота.

3. Установить влияние различных технологий возделывания озимой пшеницы и озимого ячменя на состав гумуса исследуемой почвы.

4. Выявить воздействие содержания, запасов и состава гумуса чернозема выщелоченного на урожайность и качество озимой пшеницы.

5. Дать оценку эффективности альтернативных технологий возделывания озимой пшеницы на черноземе выщелоченном.

Научная новизна результатов исследований. На основании проведённого комплексного мониторинга гумусного состояния чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности в агроценозах второй ротации одиннадцатипольного полевого севооборота выявлены адаптивные технологии и даны предложения по воспроизводству его плодородия и повышению продуктивности земельных угодий.

Практическая ценность. Для сельскохозяйственных предприятий центральной зоны Краснодарского края с разным уровнем экономического развития разработаны научно-обоснованные предложения по рациональному

использованию чернозёмов выщелоченных при возделывании полевых культур адаптивными технологиями, обеспечивающих получение запланированных урожаев при сохранении и воспроизводстве плодородия зональной почвы.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Возделывание сельскохозяйственных культур альтернативными технологиями в течение двух ротаций одиннадцатипольного полевого севооборота приводит к изменению морфометрических показателей, агрофизических и физико-химических свойств, содержания, запасов и состава гумуса чернозема выщелоченного.

2. В исследуемой почве наблюдается положительный и отрицательный баланс гумуса в зависимости от агроценозов. Положительный баланс гумуса в черноземе выщелоченном наблюдается под люцерной, независимо от года её вегетации и технологии возделывания.

3. Содержание и состав гумуса чернозема выщелоченного оказывает влияние на урожайность и качество озимой пшеницы, возделываемой различными технологиями.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований ежегодно рассматривались на научных конференциях Кубанского государственного аграрного университета (20092013 гг.); IV, V, VI и VII Всероссийской научно-практической конференциях молодых ученых «Научное обеспечение АПК», г. Краснодар (2010-2013 гг.); Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых аграрных вузов России, Ростовская область, п. Персиановский (2012 г.); международной научной конференции «Современное состояние черноземов», г. Ростов-на-Дону (24-26 сентября 2013 г.); международной научно-практической конференции «Научно-обоснованные системы земледелия: теория и практика», г. Ставрополь (25-26

сентября 2013 г.); региональной конференции «Фестиваль Недели науки Юга России», г. Ростов-на-Дону (26-27 ноября 2013 г.).

Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 10 научных работах общим объемом 1,11 печатных листа, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации: Диссертация изложена на 162 страницах компьютерного текста и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству, списка литературы из 241 наименования, в том числе 11 иностранных авторов и приложения. Работа включает 41 таблицу, 10 рисунков и 16 приложений.

Личный вклад автора. Автору принадлежит 85% выполненной работы. Под руководством научного руководителя соискателем разработана рабочая программа научных исследований, обоснованы основные научные положения диссертационной работы, проведены полевые исследования и выполнены запланированные аналитические работы в научно-исследовательских лабораториях, проанализированы и статистически обработаны полученные материалы исследований, составлены выводы и предложения производству.

Автор искренне благодарен научному руководителю, заведующему кафедрой почвоведения, профессору В. И. Терпельцу за осуществление общего руководства и помощь при написании диссертации. Автор также выражает благодарность за содействие и помощь в выполнении работы всем сотрудникам кафедры почвоведения, особенно профессору А. В. Бузоверову, профессору В. Н. Слюсареву, доценту В. П. Власенко, доценту Т. В. Швец и старшему преподавателю Е. Е. Баракиной, а также сотрудникам кафедр растениеводства, общего и орошаемого земледелия профессору А. В. Загорулько, доценту П. Т. Букрееву и доценту А. В. Сисо.

1. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ В АГРОЦЕНОЗАХ СТЕПИ И

ЛЕСОСТЕПИ (обзор литературы)

1.1 Влияние сельскохозяйственного использования почв на их гумусное состояние

Природа дает земледельцу разнообразные почвы по агрономическому плодородию в зависимости от типа естественной растительности. Разные пути формирования почв и их плодородия начинают вливаться в единое русло под агроценозами в связи с воздействием культурных растений на почву и с однотипным направлением биологического круговорота веществ. Многие факты, полученные при изучении свойств почвы в прикорневой зоне свидетельствуют об активном воздействии культурных растений на характер почвообразования. Например, около корней пшеницы, трав, ржи, овса обнаружено повышенное содержание водорастворимого гумуса, подвижного калия, обменно-поглощенного аммония. Повышенным выделением углекислоты и большой активностью ферментов подчеркивается высокая биохимическая активность прикорневой зоны. Также общее содержание гумуса увеличивается в зоне ризосферы, здесь идет его синтез. За счет увеличения количества гуматов кальция, алюминия, железа изменяется состав фракций [25, 34, 48, 62, 96, 121, 140, 175, 190, 211, 217, 221, 231].

Как важнейший фактор развития плодородия почв биологический круговорот веществ продолжается при смене естественной растительности на культурную.

На гумусное состояние почв неодинаковое действие оказывают севообороты и культуры входящие в них [46, 96, 101].

В результате многолетних исследований установлено, что содержание гумуса на дерново-подзолистых почвах [127] при бессменном выращивании сельскохозяйственных культур ниже, чем в севообороте. Под многолетними

травами и льном, размещенными по пласту отмечено накопление гумуса, но к концу ротации севооборота содержание гумуса уменьшается. Введение севооборотов также улучшило состав гумуса: уменьшилось содержание фульвокислот (ФК), увеличилось абсолютное количество гуминовых кислот (ГК), в результате этого соотношение гуминовых кислот к фульвокислотам стало шире (0,68-0,82), хотя наиболее подвижные фракции гумусовых веществ преобладают.

Существенное влияние на динамику гумуса оказывают культуры севооборота. На полях под черным паром и под травами разница в содержании органического углерода по X. Liu, Herbert S. J. и др. [232] составляет 0,60-0,87%, что эквивалентно ежегодному внесению 19-27 т подстилочного навоза на 1 га.

Как считает Н. А. Кравченко [119], количество и качественный состав поступающих в почву растительных остатков главным образом обусловливает культура, возделываемая в определенном поле севооборота, и в значимой степени регулирует формирование комплексов почвенной микрофлоры, которая осуществляет процессы синтеза и разложения гумуса.

Систематическое уменьшение количества почвенного органического вещества отмечается при бессменном черном пару, в то время как под люцерной длительное содержание почвы оказывает положительное воздействие - обогащение ее гумусом [193]. В исследованиях В. Ф. Селевцева ежегодные потери гумуса из почвы под зерновыми культурами составили - 1% от его исходного содержания, под пропашными - около 1,5%, при выращивании чистого пара-до 2% [61, 136, 212].

По потерям органического вещества поля севооборотов в экспериментальных материалах характеризуют следующим образом: яровые зерновые - 0,5-0,6 т/га, озимая пшеница - 0,4-0,7 т/га, пропашные - 0,7-1,5 т/га, чистый пар - 1,2-1,6 т/га [156, 218].

Наиболее значимый источник почвенного гумуса - многолетние травы. После вегетации они оставляют значительное количество корней в почве. После уборки посевов клевера остается 49-50 ц неразложившихся корней на 1 га на черноземных почвах и значительно большее их количество (около 100 ц/га) оставляет люцерна [51]. В течение вегетационного периода часть корней бобовых трав отмирает и разлагается, однако корневая система растений непрерывно возобновляется. Вся корневая масса растений подвержена процессам разложения и гумификации после отмирания [15,154].

При возделывании люцерны на черноземах Кубани накапливается в 2-3 раза больше органического вещества, чем после других культур севооборота (от 9 до 12 т/га). После двухлетнего возделывания люцерны содержание гумуса в почве увеличивается на 8-10 %. Положительное действие на почву данной культуры проявляется 4-5 лет [51].

Н. Е. Редькиным и В. И. Сидоренко были получены аналогичные результаты [171, 187], однако они также установили, что органические остатки культур возделываемых в севообороте полностью не могут компенсировать минерализацию гумуса в почве, и поэтому без дополнительного внесения органических и минеральных удобрений только одно чередование культур, даже в сочетании с многолетними травами, не даст от введения севооборота ожидаемого эффекта.

Зернобобовые культуры оказывают положительное действие на процессы гумусообразования в почве и стимулируют биологическую активность, горох оставляет после себя от 8 до 10 ц/га сухого вещества, обогащенного азотом, люпин - 15-20 ц/га, а кормовые бобы - 18-22 ц/га.

Около 30-40 ц/га растительных остатков оставляют культуры сплошного сева, а пропашные - 5-10 ц/га [213]. Насыщение севооборотов пропашными культурами создает благоприятные условия для разложения гумуса в почве и снижает поступление в нее растительных остатков.

Следовательно, неодинаковое количество растительных остатков после себя оставляют культуры севооборота. Также различна минерализация гумуса под культурами: под черными парами - 2,8 т/га, под пропашными -2,4 т/га, под соей -1,1 т/га, под зерновыми около 0,9 т/га, под многолетними бобовыми травами потери органического вещества приравниваются к нулю [21, 42, 195]. Из этого следует, что поступление органического вещества в почву в определенной степени можно регулировать насыщением севооборотов разными культурами. На накопление пожнивно-корневых остатков в почве однозначно влияет урожайность культур, чем она выше, тем больше их накапливается [18, 40,229].

Количество пожнивно-корневых остатков при урожайности озимой пшеницы в 31 ц/га, по данным многолетнего стационарного опыта КНИИСХа, возмещает расход гумуса; меньшая урожайность дает дефицитный баланс гумуса, большая - положительный [207].

Н. Ф. Коробским [116, 117] было установлено, что освоение севооборотов не способствует повышению плодородия почвы. При освоенных севооборотах и при бессменных посевах озимой пшеницы различия в содержании гумуса в почвах несущественны. Но по годам в зависимости от возделываемой культуры и от ее предшественника содержание гумуса значительно колеблется. По результатам длительных опытов КНИИСХ после озимой пшеницы и бобовых культур его больше, чем после кукурузы, сахарной свеклы и подсолнечника. Это можно объяснить содержанием в растительных остатках азота, скоростью минерализации и их массой.

Также специфическое влияние оказывает возделывание культуры на качественный состав гумуса. Наибольшее количество его подвижных частей накапливается при бессменном возделывании озимой пшеницы, как утверждают Е. С. Гасанова и соавторы [30, 31, 58, 60, 84, 192]. Под кукурузой

гумус накапливается с соотношением между ГК и ФК в слое 0-30 см в среднем - 1,63, а в слое 0-200 см - 1,51.

Состоящий из культур разнонаправленного влияния, севооборот, выражает их усредненное действие на гумусонакопление [178, 179, 220].

Проведением длительных многофакторных полевых опытов, которые включают все факторы, регулирующие содержание гумуса и его состав можно решить проблему поиска эффективных путей воспроизводства почвенного плодородия черноземов.

При этом следствием конкретных технологий и базисом для их совершенствования должен являться режим органического вещества почвы.

Органическое вещество (гумус почвы) является энергетической основой би�