Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изменение элементов плодородия чернозема выщелоченного и урожайности зерновых при воздействии движителей техники в лесостепи Северного Зауралья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Изменение элементов плодородия чернозема выщелоченного и урожайности зерновых при воздействии движителей техники в лесостепи Северного Зауралья"

На правах^рукбрйси

ПАНТЮХОВ

Андрей Михайлович

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО И УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДВИЖИТЕЛЕЙ ТЕХНИКИ В ЛЕСОСТЕПИ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 с им ш

Тюмень - 2012

005017093

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тюменская государственная сельскохозяйственная академия» и в Научно-исследовательском институте сельского хозяйства Северного Зауралья

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Абрамов Николай Васильевич

Официальные оппоненты: Юшкевич Леонид Витальевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. лабораторией земледелия чернозёмной лесостепи ГНУ «Сибирский НИИСХ»

Агеев Анатолий Александрович

кандидат сельскохозяйственных наук,

зав. лабораторией агроландшафтного земледелия

ГНУ «Челябинский НИИСХ»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Уральская государственная

сельскохозяйственная академия»

Защита состоится «28» мая 2012 года в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 при Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Адрес академии: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7. Тел/факс: (3452) 46-87-77; E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Автореферат разослан «25» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета 1—''У' Рзаева Валентина Васильевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На полях сельскохозяйственных предприятий работает энергонасыщенная тяжелая техника. Существующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур требуют многократного прохода по полю тракторов и другой техники. Только ходовые системы тракторов дважды покрывают следами поверхность поля за один сезон. Поворотные полосы, объезды препятствий на поле подвергаются 3-9 кратному воздействию движителей техники (Бондарев А.Г., 1985). При суммарном многократном воздействии происходит накопление уплотнения в пахотном и в подпахотных горизонтах. Разрушается структура, нарушается водный, воздушный и пищевой режимы почвы. При этом наиболее острым становится вопрос возможности ее естественного разуплотнения, особенно в подпахотных горизонтах (Пронин В.А., 1990). Особую тревогу вызывает снижение плодородия черноземных почв, так как это отражается наибольшим недобором сельскохозяйственной продукции (Юшкевич Л.В., 2001).

Однако воздействие ходовых систем машин на черноземы Северного Зауралья пока изучено недостаточно, особенно на подпахотные слои (Слесарев В.Н., 1985). Для большей части территории эта проблема особенно злободневна в связи с повышенной уязвимостью почвенного покрова. В пашне Тюменской области черноземы и близкие к ним лугово-черноземные почвы занимают 436 тыс. га, или 27% всей пашни. Это самая ценная часть земельного фонда области. Именно от них зависит обеспечение нужд области сельскохозяйственной продукцией.

Цель работы — исследование воздействия движителей техники на изменение элементов плодородия чернозема выщелоченного и урожайность зерновых культур в лесостепи Северного Зауралья.

Задачи исследований:

- установить глубину воздействия движителей тракторов класса тяги 3 и 5 на уплотнение пахотного и подпахотных слоев чернозема выщелоченного;

- изучить влияние уплотнения почвы движителями трактора на её водно-физические свойства;

- выявить особенности естественного разуплотнения деформированной почвы пахотного и подпахотных слоев чернозема выщелоченного;

- изучить влияние уплотнения почвы на формирование урожайности зерновых культур;

- дать экономическую оценку урожайности зерновых культур при различном уплотнении почвы.

Научная новизна. В условиях лесостепи Северного Зауралья на основе комплексного исследования впервые установлена аккумуляция уплотнения подпахотных слоев чернозема выщелоченного, маломощного, среднегумусного, тяжелосуглинистого до глубины 40-50 см под четырехкратным воздействием движителей тракторов 3 и 5 класса тяги.

Между плотностью сложения подпахотных горизонтов и урожайностью овса установлена тесная обратная зависимость. Определена равновесная плотность сложения пахотного слоя чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, которая находится в пределах 1,11-1,17 г/см3, а оптимальная для роста и развития овса — 1,10-1,20 г/см3.

Практическая значимость.

При разработке и применении ресурсосберегающих технологий исключение из технологического цикла весенне-полевых работ колесных тракторов класса тяги 5 по фону глубокого рыхления почвы позволит уберечь подпахотный слой чернозема от переуплотнения и не допустить снижения продуктивности зерновых.

Периодическое применение мелкой обработки чернозема выщелоченного в системе основной обработки почвы позволит на 30-40% уменьшить уплотняющую техногенную нагрузку на почву пашни. Применение результатов исследований в учебном процессе укрепит базу экологической безопасности сельскохозяйственного производства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1) Уплотнение чернозема выщелоченного, сохраняющееся до конца вегетации пшеницы, достигает глубины 40-50 см под четырехкратным воздействием колес трактора 5 класса тяги и гусениц трактора 3 класса тяги.

2) Наибольшую продуктивность зерновых 2,68-2,57 т/га обеспечивает отвальная основная обработка почвы при средней плотности сложения - 1,20 г/см3 в слое 0-50 см при двукратном проходе трактора 3 класса тяги.

Апробация работы. Материалы исследований доложены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях: «Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства в Сибирском регионе» (Тюмень, 2009 г.), «Перспективы инновационного развития АПК» посвященной 420-летию земледелия в Зауралье (Тюмень, 2010 г.).

Личный вклад соискателя. Полевые и лабораторные исследования, анализ и математическая обработка экспериментальных данных за все годы исследований проводились при личном участии соискателя.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в том числе одна в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 144 страницах. Состоит из введения, пяти глав, выводов, предложений производству, списка литературы, который включает 140 источников, в том числе две работы зарубежных авторов. В работе содержится 40 таблиц, 3 рисунка, 44 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Состояние изучаемого вопроса

Проведен анализ литературных источников, посвященных воздействию движителей тракторов на уплотнение почв пашни, влиянию деформаций на

элементы плодородия черноземов и продуктивность зерновых культур в различных зонах.

2 Условия н методика проведения исследований

Исследования проведены согласно Программе и методике МСХ СССР, ВАСХНИЛ, ВИМ (1978). Полевые исследования проводились в северной лесостепи Северного Зауралья в 1989-1992 гг. на опытном поле научно-производственной лаборатории почвенного плодородия НИИСХ Северного Зауралья на территории ОПХ «Заводоуковское» Заводоуковского района и продолжены на полях ООО «Зауралье» Ялуторовского района в 2006-2008 гг.

Климат зоны континентальный, характеризуется суровой продолжительной зимой, коротким умеренно теплым летом, короткими переходными сезонами весной и осенью. Годовое количество осадков 350-400 мм, из них 75-80% в теплый период года. Годы исследований характеризуются: 1989 г. - весьма засушливый и жаркий; 1990 г. - умеренно теплый и умеренно влажный; 1991 г. - сравнительно теплый, умеренно влажный с засушливой первой половиной периода вегетации; 2006 год умеренно теплый с хорошим увлажнением в июне-июле; 2007-2008 гг. близки к средним многолетним.

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, маломощный, среднегумусный, тяжелосуглинистый. Мощность гумусового горизонта 37 см. В пахотном слое содержится: гумуса 8,94%, подвижных форм Р205 и К20 12,0 и 11,8 мг/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований и емкость поглощения 49,2 и 46,9 мг-экв/100 г почвы, рН - 5,94. Оструктуренность хорошая, водопрочность структуры слабая.

Исследование проблемы включает:

1. Сравнение элементов плодородия почвы на целине и пашне (1989-1991

гг.).

2. Опыт полевой «Воздействие движителей тракторов на элементы плодородия чернозема выщелоченного и урожайность зерновых культур» (1989-1992 гг.).

Схема опыта:

- Без уплотнения почвы движителями тракторов (контроль).

- Уплотнение почвы движителями К-701 в 1 след.

- Уплотнение почвы движителями К-701 в 2 следа.

- Уплотнение почвы движителями К-701 в 4 следа.

- Уплотнение почвы движителями ДТ-75М в 4 следа.

- Уплотнение почвы движителями ДТ-75М в 2 следа. Фон 1 — зяблевая впашка на глубину 25-27 см.

Фон 2 - зяблевая впашка на 25-27 см, с глубоким рыхлением до 35 см.

3. Опыт полевой. «Воздействие движителей трактора К-701 в 4 следа на плотность чернозема и урожайность яровой пшеницы на фоне мелкой (10-12 см) основной обработки почвы», 2006-2008 гг.

- Без уплотнения почвы движителями трактора (контроль).

- Уплотнение почвы движителями трактора К-701 в четыре следа.

4. Лабораторный опыт - «Зависимость доступной влаги от плотности сложения почвы подпахотных горизонтов В, + В2 чернозема выщелоченного». Плотность почвы в сосудах по схеме: 1,40; 1,45; 1,50; 1,55; 1,60; 1,65; 1,70; 1,75; 1,80; 1,85 г/см3.

5. Вегетационный опыт «Естественное разуплотнение деформированной почвы в зависимости от ее исходной плотности сложения» (1989-1993 гг.).

В стальных оцинкованных цилиндрах 250x400 мм почва уплотнялась до исходной плотности сложения по схеме:

- из Апах- 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4 г/см3

- из горизонтов В, + В2 - 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8 г/см3

В полевых опытах почву уплотняли согласно схеме опыта перед предпосевной обработкой под яровую пшеницу методом сплошного укатывания делянок движителями трактора. Повторность опытов четырехкратная, размещение вариантов систематическое, общая площадь делянки 280 м2, учетная - 79 м2.

Определяли: плотность сложения почвы до 1 м по H.A. Качинскому; твердость почвы в слое 0-30 см - твердомером Ревякина; водопроницаемость с поверхности почвы и наименьшую влагоемкость по А.Ф. Вадюниной, З.А. Корчагиной; влажность почвы в слое 0-100 см по М.З. Журавлеву, H.A. Качинскому; биологическую активность по И.С. Вострову, А.И. Петровой; учет основных таксономических групп микроорганизмов на сплошных питательных средах в свежих образцах по методикам СИБНИИЗХ; фенологические наблюдения, учет густоты стояния растений, глубину заделки семян по методикам Госсортсети; засоренность посевов сорняками количественно-весовым методом перед уборкой урожая; урожайность зерновых - сплошным способом по Б.А. Доспехову; влажность и чистота зерна - по методикам ГОСТ Р52554-2006 г. (ГОСТ 13586.5. и ГОСТ 30483.97 г.)

В вегетационном опыте 29 мая 1989 года почву пахотного слоя в цилиндрах установили на дно траншеи глубиной 40 см. Повторность четырехкратная. Цилиндры с почвой из горизонтов В( и В2 установили на дно траншеи глубиной 80 см. На них установили такие же цилиндры с почвой из Апах плотностью сложения 1,10 г/см3. Повторность четырехкратная. Пустоты между цилиндрами засыпали почвой и уплотняли. В цилиндрах выращивали овес на зерно. Через 1614 суток, то есть 24 октября 1993 г. цилиндры с почвой вынули и снова определили плотность сложения почвы. Определение влажности почвы перед и после экспозиции шестикратное.

Для определения капиллярной влагоемкости (КВ) и затем влажности устойчивого завядания (ВУЗ) в лабораторных условиях применяли традиционные патроны (цилиндры) объемом 385 см3 и параллельно металлические сосуды нашей конструкции диаметром 98 мм, высотой 120 мм и объемом образца почвы 845,1- 884,3 см3 с ввинчивающейся по резьбе крышкой. В дне - отверстие для фитиля, а в крышке пять отверстий для воздухообмена и для семян растений. Сосуды и цилиндры наполняли почвой и уплотняли ее с помощью механического винтового домкрата, который устанавливали в

специально изготовленную стальную рамку. Почву уплотняли от 1,40 до 1,85 г/см3 через каждые 0,05 г/см3. Насыщали влагой в поддонах по методике в изложении С.А. Воробьева и др., 1971; А.М. Лыкова, А.М. Туликова, 1976. После определения капиллярной влагоемкости в отверстия высевали семена овса и определяли ВУЗ по методике в изложении С.А. Воробьева и др., 1971. Исследования проводились в четырехкратной повторности. Определение КВ повторено трижды, определение ВУЗ - дважды.

Экономическая оценка машинной деформации почвы выполнена по методике МСХ СССР, ВАСХНИЛ, 1980.

Экспериментальные данные обрабатывали методом дисперсионного и корреляционного анализа (Доспехов Б.А., 1968; 1985).

Агротехника общепринятая в ОПХ «Заводоуковское» Заводоуковского района, рекомендованная для северной лесостепи. Выращивалась пшеница «Тюменская - 80» в 1989-1991 гг., «Лютесценс - 70» в 2006-2008 гг., овес -«Астор» в 1990-1992 гг., в звене севооборота: горох-пшеница-овес. Все технологические операции проводились так, чтобы тракторы не заезжали на учетные площади делянок. Их движение осуществлялось по специальным продольным и поперечным коридорам. Основная обработка почвы - зяблевая впашка проводилась ярусным плугом ПНЯ-3-40, а зяблевая впашка с глубоким рыхлением - ярусным плугом ПНЯ-3-40 с рыхлительной лапой на каждом корпусе плуга.

3 Изменение показателей плодородия чернозема выщелоченного при антропогенном воздействии

3.1 Тенденции изменения состояния плодородия почв при антропогенном воздействии. Хозяйственная деятельность человека на земле приводит к изменениям параметров плодородия почв. В наших исследованиях сравнительное изучение плотности сложения чернозема выщелоченного на целине и пашне показало, что длительное антропогенное воздействие привело к уплотнению почвы пашни до глубины 50 см на всех участках в сравнении с целиной и с залежью, в том числе в слое 40-50 см - на 0,06-0,09 г/см3.

3.2 Воздействие движителей трактора на уплотнение почвы. В среднем за 1989-1991 гг. результаты определения плотности сложения чернозема выщелоченного только после его уплотнения движителями трактора 5 класса тяги в 2 и 4 следа показали, что в слое 10-40 см остаточное уплотнение к уборке урожая в сравнении с контролем составило соответственно 0,13 и 0,14 г/см3 (табл. 1).

Плотность почвы определялась на фиксированных площадках перед уплотнением движителями тракторов и после - перед уборкой урожая пшеницы.

Таблица 1 - Плотность сложения чернозема выщелоченного в слое 10-40 см перед уборкой урожая пшеницы в 1989-1991 гг., г/см3, (фон - зяблевая впашка)

Уплотнение почвы движителями трактора Плотность сложения почвы по годам ±к контролю

1989 | 1990 | 1991 | средняя

слой почвы 10-40 см

Без уплотнения (контроль) 1,16 1,11 1,16 1,14 0,0

К-701 в 2 следа 1,22 1,28 1,31 1,27 +0,13

К-701 в 4 следа 1,27 1,28 1,26 1,28 +0,14

Существенное остаточное уплотнение чернозема выщелоченного, сохранившееся до конца вегетации яровой пшеницы в среднем за 1989-1990 гг. на фоне зяблевой впашки отмечалось после четырехкратного воздействия движителей трактора 3 и 5 класса тяги до глубины 40 см, после двукратного -до 30 см и при однократном проходе - до 20 см. Остаточная деформация почвы после четырехкратного уплотнения движителями трактора класса тяги 3 также наблюдалась до глубины 40 см, а после двукратного - до 20 см. Интенсивность уплотнения почвы после К-701 при одинаковой кратности проходов с ДТ-75М была больше на 0,01-0,07 г/см3 (табл. 2).

Таблица 2 - Воздействие движителей тракторов класса тяги 3 и 5 на уплотнение чернозема выщелоченного, г/см3,1989-1990 гг., (фон - зяблевая впашка)_

Уплотнение почвы движителями трактора Плотность сложения почвы НСР изменения плотности почвы, г/см3

до после ±к исходной ± к контролю

уплотнения

слой почвы 10-40 см

Без уплотнения (контроль) 1,04 1,13 +0,09 0,0 НСРо5=0,04

К-701 в 2 следа 1,09 1,25 +0,16 +0,07

К-701 в 4 следа 1,03 1,28 +0,25 +0,16

ДТ-75 М в 4 следа 1,00 1,20 +0,20 +0,11

ДТ-75 М в 2 следа 1,04 1,19 +0,15 +0,06

На фоне вспашки на 25-27 см с глубоким рыхлением до 35 см в среднем за 1990-1991 гг. остаточное уплотнение чернозема выщелоченного от воздействия движителей трактора К-701 в четыре следа к концу вегетации пшеницы было существенным в слое 40-50 см - +0,05 г/см3 к контролю. В сравнении с данными на фоне отвальной зяби в увлажненном 1990 году отличие по уплотнению почвы было значительным только в слое 40-50 см.

На фоне мелкой (10-12 см) основной обработки чернозема выщелоченного в среднем за 2006-2008 гг. плотность сложения почвы в слое 10-20 и 20-30 см составила на контроле весной до посева 1,23 и 1,32 г/см3 и до конца вегетации пшеницы не изменилась. Остаточное уплотнение почвы в

6

варианте с четырехкратным воздействием на нее К-701 в слое 0-20 см было существенным (0,08-0,07 г/см3), а в более глубоких слоях незначительным (табл. 3).

Таким образом, на фоне мелкой основной обработки почва под воздействием движителей тракторов класса тяги 5 уплотняется на меньшую глубину, чем после глубокой отвальной.

Таблица 3 - Воздействие движителей трактора класса тяги 5 в четыре следа на плотность сложения чернозема выщелоченного на фоне мелкой основной обработки почвы, 2006-2008 гг. __

Плотность сложения почвы, г/см3

а о Без уплотнения (контроль) Уплотнение движителями К-701 в 4 следа НСР05 изменения плотности почвы

са т о С >5 О О до уплотнения и сева перед уборкой ±к исходной до уплотнения и сева перед уборкой + к исходной ±к контролю

0-10 1,04 1,07 +0,03 1,07 1,18 +0,11 +0,08 0,04

10-20 1,23 1,23 0,0 1,24 1,31 +0,07 +0,07 0,05

20-30 1,32 1,31 -0,01 1,32 1,33 +0,01 +0,02 Р,Ь<РТ

30-40 1,41 1,38 -0,03 1,40 1,40 0,0 +0,03

3.3 Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на ее водно-физические свойства

3.3.1 Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на ее твердость. Уплотнение почвы движителями тракторов класса тяги 3 и 5 приводило к увеличению ее твердости особенно в засушливые годы. В среднем за 1989-1991 гг. после однократного уплотнения движителями К-701 твердость почвы в слое 0-30 см была 30,3 кг/см2, с повышением кратности проходов до двух она достигала твердости 33,1 кг/см2 и до четырех - 35,6 кг/см2. Эта твердость соответствует плотному сложению почвы в пахотном слое. Однократное воздействие движителей К-701 и четырехкратное ДТ-75М оказали одинаковое влияние на твердость почвы в слое 0-30 см (30,3 и 29,2 кг/см2). Наименьшая твердость 22,2 кг/см2 отмечена на контроле и после двукратного воздействия движителями ДТ-75М - 26,3 кг/см2. Все эти различия существенны.

3.3.2 Водопроницаемость почвы. Водопроницаемость неуплотненной движителями тракторов почвы в первый час наблюдений составила в среднем за 1989 и 1991 гг. 40 мм/час, или была удовлетворительной. Под двукратным воздействием К-701 она снизилась на 11,2 мм/час, а под четырехкратным - на 18 мм/час, или на 45%. Под четырехкратным воздействием ДТ-75М водопроницаемость снижалась на 15,7' мм/час (39%). После воздействия движителей техники на почву ее водопроницаемость становилась

неудовлетворительной. На целинных участках водопроницаемость составила 75 и 105 мм/час, на сравнимой с ними пашне - 35 и 18 мм/час, а на 22-летней залежи - 47,9 мм/час. То есть, за 22 года водопроницаемость почвы на залежи не восстановилась до уровня ее на целине.

3.3.3 Наименьшая влагоемкость (НВ) почвы. В среднем за 1989 и 1991 гг. влажность при НВ неуплотненной движителями тракторов почвы была в слое 0-10 см - 39,3%. С углублением она, понижаясь, составила в слое 30-40 см 34,3%, а в среднем по слою 0-40 см - 36,4 %. Механическое воздействие движителей тракторов привело к снижению НВ. После четырехкратного воздействия движителями ДТ-75М наименьшая влагоемкость почвы в слое 0-40 см уменьшилась на 2,9%, а после К-701 - на 3,4%, или запас общей влаги при НВ уменьшился на 5,2 мм. Анализ влияния длительного хозяйственного использования чернозема выщелоченного в пашне на наименьшую влагоемкость почвы также подтверждает снижение ее уровня. Так, в сравнении с 22-летней залежью на сравнимой пашне в слое 0-50 см запас влаги при НВ составил 185,0 мм, или на 7,2 мм меньше. Эти изменения произошли за 22 года.

3.3.4 Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на содержание в ней недоступной растениям влаги. С уплотнением почвы наблюдается увеличение в ней недоступной растениям влаги. В 1989 г. на фоне отвальной зяби после двукратного воздействия движителей тракторов класса тяги 3 и 5 в слое почвы 0-40 см количество недоступной растениям влаги возросло в сравнении с контролем, соответственно на 0,5 и 1,7 мм, а после четырехкратного - на 5,4 и 4,7 мм. В 1990 г. после однократного уплотнения движителями К-701 недоступной влаги в слое почвы 0-40 см увеличилось на 3,0 мм, после двукратного - на 5,6 мм и после четырехкратного - на 7,5 мм. Увеличение количества недоступной влаги в деформированном слое от уплотнения почвы движителями тракторов отмечено и в 1991 г. на фоне вспашки, в 1990-1991 гг. на фоне вспашки с глубоким рыхлением. В среднем, при повышении плотности сложения почвы на 0,01 г/см3 количество недоступной влаги возрастало в деформированном слое 0-40 см на 0,53 мм и в слое 0-50 см — на 0,61 мм.

3.4 Капиллярная влагоемкость, содержание недоступной и доступной растениям влаги в зависимости от плотности сложения почвы. В лабораторном опыте с уплотнением почвы капиллярная влагоемкость постепенно снижалась. Так, при плотности 1,40 г/см3 она в среднем составила 30,0%, а при плотности сложения 1,85 г/см3 - 13,8%, или только 46% от исходной (рис. 1). Наиболее заметно уровень влагоемкости уменьшался в интервале плотности сложения 1,40-1,65 г/см3 на 2-3% между градациями в абсолютном значении. При плотности 1,65 г/см3 капиллярная влагоемкость составила 17,9%, или уменьшилась на 40,3%. Наибольшее количество общей влаги 42,1 мм при капиллярной влагоемкости десятисантиметровый слой подпахотных горизонтов В| + В2 может вместить при плотности 1,40 г/см3. С повышением плотности до 1,85 г/см3 количество общей влаги, уменьшилось до 25,5 мм. Однако, в общем количестве присутствует недоступная растениям

влага. При плотности 1,40 г/см3 этой влаги содержалось 14,0 мм, с повышением плотности до 1,85 г/см3 - возросло до 21,5 мм. Таким образом, при плотности сложения горизонтов В, + В2 чернозема выщелоченного 1,40 г/см3 доступной растениям влаги содержится 28,1 мм. С повышением плотности до 1,85 г/см3 доступной растениям влаги в данной почве может быть не более 4,0 мм, или 14,2% от начальной. При уплотнении до 1,65 г/см3 содержание доступной растениям влаги уменьшается интенсивно, в среднем 0,69 мм на 0,01 г/см плотности, а при дальнейшем уплотнении - 0,34 мм. Коэффициент корреляции плотности сложения почвы с капиллярной влагоемкостью во всех повторах составляет -0,87; - 0,89 + 0,16; 0,17, а с влажностью устойчивого завядания -0,74; 0,78 + 0,24; 0,21.

Плотность сложения почвы, г/смЗ

Рис. 1 - Капиллярная влагоемкость, содержание недоступной и доступной растениям влаги в зависимости от плотности сложения горизонтов В, и Вг чернозема выщелоченного, мм

3.5 Естественное разуплотнение деформированной почвы в зависимости от исходной ее плотности сложения. При исходной плотности 0,91; 1,01; 1,09 г/см3 за 1614 дней экспозиции почва пахотного слоя уплотнилась во всех цилиндрах, соответственно, на 0,08; 0,04 и 0,02 г/см3. Отмечено уменьшение доли уплотнения почвы с повышением исходной плотности сложения от 0,91 до 1,09 г/см3. В цилиндрах с исходной плотностью 1,20; 1,31 и 1,36 г/см3 за время экспозиции почва разуплотнилась, соответственно, на 0,03; 0,05 и 0,05 г/см3, но опять не полностью. Отсюда следует, что равновесная плотность исследуемой почвы находится в интервале 1,11-1,17 г/см3. В почве горизонтов В, и В2 (слой 40-80 см) при исходной плотности 1,33-1,70 г/см3 процесса разуплотнения не отмечено, что свидетельствует о наличии опасности процесса кумуляции уплотнения и переуплотнения подпахотных слоев при использовании тяжелой техники (табл. 4). Процесс уплотнения отмечен при более высокой влажности относительно исхедной. Средняя исходная влажность почвы 24 мая 1989 года была в слое 0-

40 см 30,9%, а в слое 40-80 см - 20,2%, после экспозиции 24 октября 1993 года, соответственно 36,1% и 23,6%.

Таблица 4 - Особенности разуплотнения деформированного чернозема выщелоченного за 1614 дней экспозиции в зависимости от его исходной плотности сложения, г/см3_

Дата определения ПЛОТНОСТИ Плотность сложения почвы планировавшаяся при закладке опыта Коэффициент корреляции,г

0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40

фактическая плотность почвы

почва Апах, слой 0-40 см

29.05.1989 г. 0,91 1,01 1,09 1,20 1,31 1,36 г =0,87+0,12

24.10.1993 г. 0,99 1,05 1,11 1,17 1,26 1,31 г =0,87+0,16 t<b>tr

почва горизонтов Bi+B2, слой 40-80 см

29.05.1989 г. 1,33 1,38 1,52 1,60 1,70 1,74 г =0,87+0,13

24.10.1993 г. 1,39 1,42 1,54 1,63 1,70 1,73 г =0,27+0,84х

3.6 Биологическая активность чернозема выщелоченного в зависимости от состояния плотности его сложения. С уплотнением почвы от 1,07 до 1,24 г/см3 движителями тракторов ее биологическая активность, определявшаяся по распаду льняной ткани, в основном возрастала. Результаты исследования микробиологической активности чернозема выщелоченного показали, что с уплотнением почвы движителями К-701 в четыре следа численность аммонификаторов на МПА возрастала в 1,3 раза, микроорганизмов на КАА - в 2,1 раза, в том числе актиномицетов - в 2,3 раза, однако численность нитрификаторов снижалась в 1,7 раза и численность бактерий, участвующих в трансформации фосфатов уменьшилась в 3,7 раза (табл. 5).

Таблица 5 - Влияние уплотнения почвы (слой 0-30 см) на ее микробиологическую активность в фазу трубкования пшеницы, 1990 г._

Группа микроорганизмов Ед. изм. Вариант

без уплотнения (контроль) К-701 в 4 следа

Аммонификаторы на МПА млн/г 20,56 27,62

Микроорганизмы на КАА млн/г 23,31 49,79

Актиномицеты на КАА млн/г 18,32 41,63

Бактерии в трансформации фосфатов млн/г 22,62 6,16

Нитрификаторы тыс/г 104,4 60,29

3.7 Засоренность посевов яровой пшеницы при различной интенсивности уплотнения чернозема выщелоченного. В среднем за 19891991 гг. наименьшая засоренность посевов яровой пшеницы на фоне зяблевой впашки была после уплотнения почвы движителями трактора класса тяги 3 в два следа — 15,3 шт./м2 и была близка к уровню засоренности посевов на контроле. С повышением кратности уплотнения почвы движителями тракторов засоренность посевов пшеницы увеличивалась до 31,7 и 32,2 шт./м2 после четырехкратного воздействия движителей ДТ-75М и К-701, а доля сорняков в общей массе урожая - с 5,5 до 8,3 и 8,7%, соответственно. Идентичная картина и на фоне зяблевой впашки с глубоким рыхлением. Это связано с условиями формирования агроценозов при различном уровне уплотнения почвы.

4 Изменение урожайности зерновых культур при антропогенном воздействии на плодородие чернозема выщелоченного

Уплотнение почвы движителями тракторов повлияло на глубину заделки семян пшеницы. В среднем за 1989-1991 гг. на фоне зяблевой впашки при регулировке на 5-6 см она составила: на контроле (без уплотнения) 5,0 см, а на уплотненных движителями тракторов участках — 3,8-4,1 см. По мелкой основной обработке почвы - в среднем за 2006-2008 гг. глубина заделки семян на контроле составила - 5,5 см, на уплотненных движителями К-701 в 4 следа — 3,1 см, в том числе в 2007 году - 2,0 см.

После предпосевной обработки на уплотненных движителями тракторов участках кроме ДТ-75М в два следа наблюдалась большая глыбистость и, затем, неравномерность заделки семян по глубине, что повлияло на густоту всходов пшеницы. В среднем за годы исследований наибольшая густота всходов пшеницы была на неуплотнявшейся тракторами почве 352 шт./м2 и после двукратного уплотнения движителями ДТ-75М — 335 шт./м2. Наименьшая густота - после четырехкратного прохода движителей К-701 — 262 шт./м2. За период вегетации отмечена большая гибель растений, особенно в засушливые годы (1989 и 1991). С повышением кратности воздействия движителей тракторов на почву сохраняемость растений заметно снижалась. В среднем за 1989-1991 гг. к уборке урожая густота стояния растений пшеницы была после четырехкратного прохода ДТ-75М и К-701 соответственно 164 и 153 шт./м2. Изреженные посевы слабо конкурировали с сорняками за факторы жизни.

В 1989 г. из-за жесточайшей засухи урожайность пшеницы была очень низкой (0,53-0,70 т/га). С уменьшением плотности почвы урожайность снижалась, так как интенсивнее испарялась влага за счет конвекционно-диффузного потока.

В благоприятном по увлажнению и теплу 1990 г. отрицательное влияние деформации почвы на урожайность пшеницы проявилось очень слабо. В условиях высокой влажности почвы (0,8-0,9 НВ) в период закладки опытов и в дальнейшем с засушливой первой половиной лета 1991 г. уплотнение почвы

движителями тракторов оказывало существенное влияние на урожайность пшеницы в действии и овса в последействии.

В среднем по опыту за 1989-1992 гг. в год действия уплотнения почвы движителями трактора на урожайность пшеницы и в год последействия на урожайность овса лучшие условия для роста и развития растений этих культур складывались на поле с двукратным уплотнением движителями трактора класса тяги 3, где получена наибольшая урожайность зерновых 2,63 т/га. Повышение кратности уплотнения почвы с двух до четырех проходов привело к снижению средней урожайности на 0,14 т/га (5,3%). После уплотнения движителями трактора класса тяги 5 в два следа урожайность зерновых составила 2,50 т/га, в сравнении с воздействием ДТ-75М в четыре следа почти одинакова. Повышение кратности прохода по полю движителей К-701 с двух до четырех в среднем за год действия и последействия снижало урожайность зерновых на 0,11-0,12 т/га (4,4-5,0%). Щадящее воздействие движителей гусеничного трактора на плодородие почвы отразилось и на урожайности зерновых. Средняя урожайность после двух и четырехкратного прохода трактора класса тяги 3 составила 2,63 и 2,49 т/га, а после трактора класса тяги 5 - 2,50 и 2,38 т/га соответственно. На поле, неуплотнявшемся движителями тракторов (контроль) средняя урожайность в сравнении с уплотнением движителями ДТ-75М в два следа снизилась на 0,17 т/га из-за излишней рыхлости почвы (табл. 6).

Таблица 6 - Урожайность зерновых (т/га) при различной интенсивности уплотнения движителями тракторов класса тяги 3 и 5, 1989-1992 гг._

Уплотнение почвы движителями трактора Урожайность Средняя урожайность зерновых

пшеница овес

Без уплотнения (контроль) 1,58 3,34 2,46

К-701 в 1 след 1,79 3,15 2,47

К-701 в 2 следа 1,76 3,23 2,50

К-701 в 4 следа 1,79 2,97 2,38

ДТ-75М в 4 следа 1,79 3,18 2,49

ДТ-75М в 2 следа 1,87 3,38 2,63

На фоне мелкой основной обработки черноземной почвы без уплотнения ее движителями трактора К-701 средняя урожайность пшеницы за 2006-2008 гг. составила 2,11 т/га. Четырехкратное уплотнение ее движителями К-701 привело к снижению урожайности зерна на 0,18 т/га, или на 8,5%.

Урожайность овса в вегетационном опыте.

Наибольшая урожайность овса в сосудах (цилиндрах) в среднем за 19891992 гг. получена при плотности сложения почвы пахотного слоя 1,10-1,20 г/см3, соответственно 24,4 и 23,7 г/сосуд, что на 25,8 и 22,2% выше, чем при плотности 0,90 г/см3. Дальнейшее уплотнение почвы до 1,31-1,36 г/см3 привело к значительному снижению урожая овса до 18,9 и 15,9 г/сосуд.

С уплотнением почвы в слое 40-80 см от 1,33 до 1,74 г/см3 урожайность овса постепенно снизилась от 18,1 до 11,6 г/сосуд, или на 36%. Наиболее интенсивное снижение урожайности произошло при уплотнении почвы от 1,33 до 1,52 г/см3 на 32,6%. Это объясняется тем, что при дальнейшем уплотнении рост и развитие растений проходили без участия этого слоя почвы (по шкале Э.Ю. Нугиса критическая плотность тяжелого суглинка, препятствующая проникновению корней растений - 1,55 г/см3). В сравнении с вариантом уплотнения Апах до 1,09 г/см3 и естественным подпахотным слоем это различие достигло 43,9%, что свидетельствует о большом влиянии подпахотных горизонтов на продуктивность растений.

5 Экономическая оценка возделывания зерновых при различной интенсивности уплотнения чернозема выщелоченного движителями тракторов класса тяги 3 и 5

Двукратное уплотнение почвы движителями трактора 3 класса тяги обеспечило получение зерна более низкой стоимости пшеницы 4831 руб./т и овса 3255 руб./т.

По зерновым культурам в среднем за годы действия и последействия вариантов уплотнения почвы на фоне зяблевой впашки наименьшая себестоимость 1 т зерна 3866 рублей, самая высокая прибыль 668 руб./т и рентабельность 17,3% были в варианте с двухкратным уплотнением почвы движителями трактора 3 класса тяги (табл. 7).

Таблица 7 - Результаты экономической оценки уплотнения чернозема

выщелоченного движителями Т1 эакторов

Уплотнение почвы движителями трактора Урожайность, т/га Затраты, руб./га Себестоимость, руб./т Прибыль, руб./т Рентабельность, %

зерновые в среднем (1989-1992 гг.), фон - зяблевая впашка

Без уплотнения (контроль) 2,46 9880 4016 466 11,6

К-701 в 1 след 2,47 9896 4006 537 13,4

К-701 в 2 следа 2,50 9936 3982 547 13,7

К-701 в 4 следа 2,38 9750 4096 468 11,4

ДТ-75М в 4 следа 2,49 9920 3992 548 13,7

ДТ-75М в 2 следа 2,63 10148 3866 668 17,3

фон - мелкая основная обработка почвы, среднее за 2006-2008 гг.

Без уплотнения (контроль) 2,11 9093 4309 1191 27,6

К-701 в 4 следа 1,93 8800 4560 940 20,6

Повышение кратности уплотнения почвы движителями трактора ДТ-75М до четырех следов повысило себестоимость 1 т зерна на 126 рублей, снизило прибыль на 120 рублей и рентабельность его производства на 3,6%. Влияние на

экономические показатели четырехкратного уплотнения почвы движителями ДТ-75М и двукратного - К-701 почти одинаково. Повышение кратности её уплотнения движителями К-701 до четырех следов повысило себестоимость зерна до 4096 руб./т и до 11,4% снизило рентабельность его производства. Близки к этим данным и экономические показатели контрольного варианта в связи с излишней рыхлостью почвы под пшеницей.

На фоне мелкой основной обработки почвы после четырехкратного уплотнения ее движителями К-701 себестоимость 1 т зерна больше, чем на неуплотнявшейся движителями почве на 251 рубль, а рентабельность производства зерна на 7,0% меньше.

ВЫВОДЫ

1. В конце вегетации яровой пшеницы установлено существенное остаточное уплотнение почвы колесными и гусеничными движителями тракторов в четыре прохода: на фоне зяблевой впашки — в слое 0-40 см; на фоне вспашки с глубоким рыхлением - до 50 см; на фоне мелкой обработки почвы -в слое 0-20 см. От двукратного воздействия на почву движителей трактора класса тяги 5 на фоне зяблевой впашки остаточное уплотнение было существенным в слое почвы 0-30 см, а после трактора класса тяги 3 в 2 следа и трактора класса 5 в 1 след - в слое 0-20 см. В более глубоких слоях деформации почвы в пределах ошибки опыта.

2. С увеличением уплотняющей нагрузки на почву существенно повышалась ее твердость в слое 0-30 см от 26,3 кг/см2 после двукратного воздействия движителями гусеничного трактора до 35,6 кг/см2 - от четырехкратного уплотнения движителями колесного трактора, при 22,2 кг/см2 на неуплотнявшейся почве. Наблюдается тесная зависимость между твердостью и плотностью сложения почвы. Коэффициент корреляции г=0,80+0,3.

3. Водопроницаемость неуплотнявшейся движителями тракторов почвы соответствовала удовлетворительной по H.A. Качинскому, а после всех вариантов ее уплотнения - неудовлетворительной. Наименьшая влагоемкость в слое 0-40 см уменьшилась на 5,2 мм после четырехкратного прохода трактора класса тяги 5, а количество недоступной влаги увеличивалось на 0,53 мм на каждую 0,01 г/см3 прироста плотности почвы.

4. С повышением плотности сложения почвы подпахотных горизонтов В] и В2 чернозема выщелоченного от 1,40 до 1,85 г/см3 капиллярная влагоемкость снижалась с 42,1 до 25,5 мм, количество недоступной растениям влаги увеличивалось от 14,0 до 21,5 мм, а доступной влаги уменьшилось от 28,1до 4,0 мм. В границах 1,40-1,65 г/см3 с повышением плотности на 0,01 г/см3 интенсивность снижения доступной влаги повышалась от 0,46 до 0,94 мм.

5. Плотность сложения чернозема выщелоченного при различной степени уплотнения 0,91-1,36 г/см3 в слое 0-40 см за 1614 дней экспозиции приближалась к равновесной плотности 1,11-1,17 г/см3. В почве горизонтов Bi

и В2 (слой 40-80 см) при исходной плотности 1,33-1,70 г/см3 процесса разуплотнения не отмечено, что свидетельствует о наличии процесса кумуляции уплотнения и возможной опасности переуплотнения подпахотных слоев при использовании тяжелой техники.

6. Численность аммонификаторов в слое 0-25 см чернозема выщелоченного после четырехкратного уплотнения движителями трактора класса тяги 5 (до <1У=1,26 г/см3) увеличилось на 30%, актиномицетов - в 2,3 раза, а нитрификаторов и бактерий, участвующих в трансформации фосфатов, уменьшилось, соответственно, в 1,7 и в 3,7 раза относительно контрольного варианта при плотности в Апах 0,97-1,07 г/см3.

7. Лучшая конкурентная способность культурных растений в агроценозе проявлялась после двукратного прохода трактора класса тяги 3 при <3У= 1,17 г/см3, где количество сорняков составило 15,3 шт./м2, и доля в общей массе урожая 5,5%. С увеличением кратности прохода движителей тракторов класса тяги 3 и 5 по полю засоренность посевов возрастала и была наибольшей после четырехкратного прохода колесного трактора класса тяги 5 — 32,2 шт./м2 и доля в общей массе урожая — 8,7%.

8. При нормативной глубине посева семян яровой пшеницы 5-6 см на участках поля без уплотнения семена размещались на глубине 5 см, а после прохода тракторов (твердость в слое 0-5 см - 21,0-34,1 кг/см2) - на глубине 3,84,1 см по зяблевой впашке и 3,1 см - по мелкой. Негативное влияние воздействия движителей тракторов на свойства чернозема выщелоченного отразилось на полевой всхожести семян, которая была ниже контрольного варианта на 4,8-25,6% и на сохраняемости растений в период вегетации — на 513%.

9. На фонах глубокой зяблевой впашки наибольшая урожайность яровой пшеницы - 1,87 т/га, овса - 3,38 т/га получена после двукратного прохода трактора класса тяги 3 при плотности чернозема выщелоченного в слое 10-40 см — 1,19 г/см3. Повышение кратности уплотнения с двух до четырех по одному следу привело к снижению урожайности зерновых на 0,14 т/га. Излишняя рыхлость неуплотнявшейся движителями тракторов почвы снижала урожайность зерновых на 0,17 т/га. На поле, уплотненном движителями колесного трактора класса тяги 5 в 2 следа ((Зу=1,25 г/см3), урожайность зерновых составила 2,50 т/га, при четырехкратном уплотнении (<1У=1,28 г/см3) урожайность зерновых снизилась на 0,12 т/га. На фоне мелкой основной обработки черноземной почвы четырехкратное уплотнение движителями трактора К-701 привело к снижению урожайности яровой пшеницы в среднем за 2006-2008 гг. на 0,18 т/га, или на 11%.

10. Оптимальная плотность чернозема выщелоченного для овса в слое 040 см - 1,10-1,20 г/см3, при которой получена наибольшая урожайность - 23,724,4 г/сосуд. Увеличение плотности в пахотном слое от 1,09 до 1,36 г/см3 снизило урожайность овса на 16,4-34,8%, а в горизонтах В1 и В2 от 1,33 до 1,74 г/см3 привело к снижению урожайности овса на 14,9-35,9%. Выполнение

функции обитания среды для корневой системы прекращалось при уплотнении почвы до 1,60 г/см3 и выше.

11. Лучшие экономические показатели на фоне глубокой зяблевой впашки получены в звене севооборота с двукратным уплотнением почвы движителями трактора класса тяги 3, где себестоимость 1 т зерна составила 3866 рублей и рентабельность — 17,3%. Повышение кратности проходов движителей трактора данного класса по полю с двух до четырех, привело к повышению себестоимости зерна на 126 руб./т, к снижению рентабельности на 3,6%. Повышение кратности уплотнения почвы движителями К-701 с двух до четырех проходов по одному следу заметно повысило себестоимость зерна до 4096 руб./т и до 11,4% снизило рентабельность его производства. Излишняя рыхлость чернозема, неуплотнявшегося движителями трактора, также привела к повышению себестоимости зерна до 4016 рублей и к снижению рентабельности до 11,6%. На фоне мелкой обработки почвы на глубину 10-12 см при четырехкратном уплотнении колесным трактором рентабельность производства пшеницы была ниже контрольного варианта на 7,0%.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Во избежание переуплотнения подпахотных горизонтов чернозема выщелоченного:

- не допускать несанкционированных проездов техники по полю и многократных проездов ее по одному следу;

- исключать из технологического цикла весенне-полевых работ колесные трактора класса тяги 5, или использовать трактора со спаренными колесами;

- в системе основной обработки почвы на 30-40% севооборотной площади применять мелкую обработку на 10-12 см для снижения уплотняющей нагрузки на почву.

2. Для исключения негативного влияния излишней рыхлости чернозема на рост и развитие зерновых применять:

- предпосевную обработку на глубину заделки семян;

- послепосевное прикатывание.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абрамов Н.В. Изменение плотности сложения чернозема выщелоченного под воздействием природных и машинных деформаций / Н.В. Абрамов, A.M. Пантюхов // Аграрный вестник Урала. № 6. 2011. С. 16-18.

2. Пантюхов М.К. Влияние плотности сложения почвы подпахотных горизонтов В, и В2 чернозема выщелоченного на капиллярную влагоемкость, содержание недоступной и продуктивной влаги / М.К. Пантюхов, A.M. Пантюхов // Перспективы инновационного развития АПК. Сб. науч. тр. научно-практической конференции, посвященной 420-летию земледелия Зауралья. Тюмень. 2010. С. 336-343.

3. Пантюхов М.К. Естественное разуплотнение деформированной почвы пахотного и подпахотных горизонтов / М.К. Пантюхов, A.M. Пантюхов // Вестник Тюменской государственной сельскохозяйственной академии. № 1. 2010. С. 49-51.

4. Пантюхов A.M. Уплотнение выщелоченного чернозема под воздействием ходовых систем тракторов и изменение некоторых его физических свойств / A.M. Пантюхов, М.К. Пантюхов, В.В. Бердышев // Вестник Тюменской государственной сельскохозяйственной академии. № 2. 2010. С. 58-61

Подписано в печать 23. 04. 2012. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 100. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Пантюхов, Андрей Михайлович, Тюмень

61 12-6/533

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО И УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ДВИЖИТЕЛЕЙ ТЕХНИКИ В ЛЕСОСТЕПИ

СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ

Пантюхов Андрей Михайлович

06.01.01 - Общее земледелие

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Н.В. Абрамов

Тюмень - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Обозначения и сокращения..................................................................4

Введение..........................................................................................5

1. Состояние изучаемого вопроса...........................................................8

2. Условия и методика проведения исследований......................................34

2.1 Почвенно-климатические условия....................................................34

2.2 Метеорологические условия в годы исследований.................................40

2.3 Методика исследований..................................................................42

2.3.1 Агротехника в опыте..................................................................48

3. Изменение показателей плодородия чернозема выщелоченного при антропогенном воздействии.................................................................50

3.1 Тенденции изменения состояния плодородия почв при антропогенном воздействии.....................................................................................50

3.2 Воздействие движителей трактора на уплотнение почвы.........................54

3.3 Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на её водно-физические свойства.........................................................................68

3.3.1 Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на ее твердость.....68

3.3.2 Водопроницаемость почвы............................................................71

3.3.3 Наименьшая влагоемкость почвы....................................................75

3.3.4 Влияние уплотнения почвы движителями тракторов на содержание в

ней недоступной растениям влаги...............:.........................................82

3.4. Капиллярная влагоемкость, содержание недоступной и доступной

влаги в зависимости от плотности сложения почвы.....................................84

3.5. Естественное разуплотнение деформированной почвы в зависимости от исходной ее плотности сложения...........................................................91

3.6. Биологическая активность чернозема выщелоченного в зависимости от состояния плотности его сложения.........................................................99

3.7. Засоренность посевов яровой пшеницы при различной интенсивности уплотнения чернозема выщелоченного.................................................103

4. Изменение урожайности зерновых при антропогенном воздействии на плодородие чернозема выщелоченного.................................................105

5. Экономическая оценка возделывания зерновых при различной интенсивности уплотнения чернозема выщелоченного движителями тракторов

класса тяги Зи5..............................................................................126

Общие выводы...............................................................................129

Предложения производству...............................................................132

Библиографический список...............................................................133

Приложения...................................................................................146

НВ - наименьшая (полевая) влагоемкость; ВУЗ - влажность устойчивого завядания; КВ - капиллярная влагоемкость; ПСП - плотность сложения почвы; <1У - плотность почвы

Актуальность темы. На полях сельскохозяйственных предприятий работает энергонасыщенная тяжелая техника. Существующие технологии возделывания сельскохозяйственных культур требуют многократного прохода по полю тракторов и другой техники. Только ходовые системы тракторов дважды покрывают следами поверхность поля за один сезон. Поворотные полосы, объезды препятствий на поле подвергаются 3-9 кратному воздействию движителей техники (Бондарев А.Г., 1985). При суммарном многократном воздействии происходит накопление уплотнения в пахотном и в подпахотных горизонтах. Разрушается структура, нарушается водный, воздушный и пищевой режимы почвы. При этом наиболее острым становится вопрос возможности ее естественного разуплотнения, особенно в подпахотных горизонтах (Пронин В.А., 1990). Особую тревогу вызывает снижение плодородия черноземных почв, так как это отражается наибольшим недобором сельскохозяйственной продукции (Юшкевич Л.В., 2001).

Однако воздействие ходовых систем машин на черноземы Северного Зауралья пока изучено недостаточно, особенно на подпахотные слои (Слесарев В.Н., 1985). Для большей части территории эта проблема особенно злободневна в связи с повышенной уязвимостью почвенного покрова. В пашне Тюменской области черноземы и близкие к ним лугово-черноземные почвы занимают 436 тыс. га, или 27% всей пашни. Это самая ценная часть земельного фонда области. Именно от них зависит обеспечение нужд области сельскохозяйственной продукцией.

Цель работы: исследовать воздействие движителей техники на изменение элементов плодородия чернозема выщелоченного и урожайность зерновых культур в лесостепи Северного Зауралья.

Задачи исследований: - установить глубину воздействия движителей тракторов класса тяги 3 и 5 на уплотнение пахотного и подпахотных слоев чернозема выщелоченного;

- изучить влияние уплотнения почвы движителями трактора на её водно-физические свойства;

- выявить особенности естественного разуплотнения деформированной почвы пахотного и подпахотных слоев чернозема выщелоченного;

- изучить влияние уплотнения почвы на изменение урожайности зерновых культур;

- дать экономическую оценку урожайности зерновых культур при различном уплотнении почвы.

Научная новизна. В условиях лесостепи Северного Зауралья на основе комплексного исследования впервые установлена аккумуляция уплотнения подпахотных слоев чернозема выщелоченного, маломощного, среднегумусного, тяжелосуглинистого до глубины 40-50 см под четырехкратным воздействием движителей тракторов 3 и 5 класса тяги.

Между плотностью сложения подпахотных горизонтов и урожайностью овса установлена тесная обратная зависимость. Определена равновесная плотность сложения пахотного слоя чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого, которая находится в пределах 1,11-1,17 г/см3, а оптимальная для роста и развития овса - 1,10-1,20 г/см3.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

При разработке и применении ресурсосберегающих технологий исключение из технологического цикла весенне-полевых работ колесных тракторов класса тяги 5 по фону глубокого рыхления почвы позволит уберечь подпахотный слой чернозема от переуплотнения и не допустить снижения продуктивности зерновых.

Периодическое применение мелкой обработки чернозема выщелоченного в системе основной обработки почвы позволит на 30-40% уменьшить уплотняющую техногенную нагрузку на почву пашни. Применение результатов исследований в учебном процессе укрепит базу экологической безопасности сельскохозяйственного производства.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1) Уплотнение чернозема выщелоченного, сохраняющееся до конца вегетации пшеницы, достигает глубины 40-50 см под четырехкратным воздействием колес трактора 5 класса тяги и гусениц трактора 3 класса тяги.

2) Наибольшую продуктивность зерновых 2,68-2,57 т/га обеспечивает отвальная основная обработка почвы при средней плотности сложения - 1,20 г/см в слое 0-50 см при двукратном проходе трактора 3 класса тяги.

Апробация работы. Материалы исследований доложены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях: «Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства в Сибирском регионе» (Тюмень, 2009 г.), «Перспективы инновационного развития АПК» посвященной 420-летию земледелия в Зауралье (Тюмень, 2010 г.).

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность за методическое руководство, и всестороннюю помощь научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.В. Абрамову, искреннюю благодарность за оказанную помощь доктору сельскохозяйственных наук, профессору Ю.П. Логинову, коллективу кафедры земледелия ФГОУ ВПО ТГСХА; кандидату технических наук, доценту В.В. Бердышеву; директору ООО «Зауралье» Ялуторовского района С.И. Шкуро; ответственному редактору журнала «Вестник ТГСХА» О.В. Завод овской; коллективу кафедры почвоведения; всем сотрудникам сельскохозяйственной академии, принявшим участие в подготовке и рассмотрении данной работы.

Установлено, что для получения высокой урожайности возделываемых культур на выщелоченном черноземе первостепенное значение имеет плотность сложения его пахотного и подпахотных слоев (Трубецкая А.П. и др., 1976). Она оказывает влияние на водный, воздушный, тепловой, пищевой режимы почвы, а, следовательно, и на условия биологической деятельности. Поэтому одной из важнейших проблем земледелия и растениеводства является оптимизация плотности почвы для роста и развития культурных растений. Вся система обработки направлена на регулирование плотности почвы (Ревут И.Б., 1972).

Плотность почвы характеризует взаимное расположение почвенных частиц и агрегатов. После рыхления, почва сравнительно быстро уплотняется до определенного уровня и, в дальнейшем, плотность ее сложения меняется сравнительно мало. Эта плотность называется равновесной. Величина равновесной плотности зависит, главным образом, от содержания органического вещества, макроагрегатов и взаимного расположения почвенных частиц. Каждая почва имеет свою равновесную плотность сложения. Наиболее благоприятные условия в корнеобитаемом слое создаются при равновесной плотности, равной или близкой к оптимальной для растений (Ревут И.Б., 1972).

С увеличением плотности почвы до 1,2 г/см происходит снижение некапиллярной порозности и возрастание капиллярной. Это способствует сокращению потерь влаги на испарение и фильтрацию. При дальнейшем уплотнении уменьшение общей порозности происходит за счет капиллярной (Сдобников С.С., Беспамятный В.И., 1970). При этом происходит резкое сужение капиллярных промежутков, повышение доли недоступной влаги для растений. Одновременно такое уплотнение ведет к резкому снижению скорости фильтрации влаги, особенно в почвах тяжелого гранулометрического состава. Это означает, что впитывание дождевых и талых вод в плотных почвах идет несравненно хуже. Значительно сильнее выражен поверхностный сток, что

часто приводит к водной эрозии. Наиболее благоприятна для корней пшеницы плотность сложения от 1,0 до 1,4 г/см3, а размер почвенных пор 1 мм (Станков Н.З., 1969).

При плотности 1,6 г/см 21-22% объема занято недоступной влагой, до 65% объема - твердая фаза, а для доступной влаги и для пористости аэрации почти нет места. При 1,8-2,0 г/см вся почвенная влага становится практически недоступной для растений (Ревут И.Б., 1972). При плотности 1,7-1,8 г/см3 почва становится непроницаемой для корней большинства культурных растений, в ней прекращается воздухообмен (Станков Н.З., 1969).

Таким образом, с уплотнением почвы больше 1,6 г/см3 заметно снижается доступность воды для растений, так как почти вся вода оказывается в зоне действия поверхностных сил почвенных частиц.

В оценке оптимальной плотности сложения почвы для большинства сельскохозяйственных культур мнения ученых не одинаковы. По C.B. Астапову и С.И. Долгову она в пределах 0,96-1,15 г/см3.(Роде A.A., Смирнов В.Н., 1972). По С.С. Сдобникову, В.И. Беспамятному (1970), И.С. Кауричеву (1975), В.Н. Слесареву (1981) - 1,0-1,20 г/см3. По H.A. Качинскому (1965), Н.Т. Вороновой (1989); А .Я. Жежер (1994), А.П. Трубецкой, Л.Н. Каретину и др. (1976) оптимальная плотность почвы для зерновых 1,1-1,2 г/см3. Для яровой пшеницы эта точка зрения А.П. Шевлягина (1961), но для ячменя - 1,2-1,3 г/см3. Ученые Западной Сибири и Северного Зауралья пришли к выводу, что оптимальная плотность почвы для зерновых и зернобобовых культур 1,00-1,30 г/см3 (Абрамов Н.В. и др., 2009).

Процессы уплотнения и разуплотнения, почвы вызываются различными факторами и рассматриваются как почвенные деформации. Деформации консолидации возникают в связи с постоянным давлением вышележащих слоев почвы, то есть действие сил гравитации. Они длительны и количественно малозначимы. Из основных видов почвенных деформаций на сложение корнеобитаемого слоя и его почвенные режимы наиболее существенно влияют просадки, усадки, набухания, и машинные (Слесарев В.Н., 1985).

Просадочные деформации - это свойство рыхлой почвы уплотняться в процессе нарастания ее влажности. Просадочное уплотнение происходит весной, на черноземах заканчивается при наступлении физической спелости и ему соответствует плотность сложения почвы - 1,1 г/см3.

Усадочные деформации возникают в связи с иссушением почвы и ведут к дальнейшему ее уплотнению до образования трещин. Этому состоянию черноземной почвы соответствует плотность сложения: на рыхлой почве - 0,9

3 ^

г/см ; на среднеуплотненной - 1,1 г/см и на переуплотненной - 1,3 г/см3 (Слесарев В.Н., 1985; Юшкевич Л.В., 2001).

Деформации набухания разуплотняют почву. Наибольшее разуплотнение (0,255 г/см )

в исследованиях В.Н. Слесарева (1984) отмечалось при насыщении водой абсолютно сухой и плотной (1,3 г/см3) почвы. Многолетние высыхания -набухания постепенно уплотняют почву до равновесной плотности сложения. Наиболее значительную роль в формировании плотности почвы пашни играют машинные деформации, особенно в весенний период.

Таким образом, почвы сами по себе могут уплотняться в результате действия гравитационных сил. Глинистые и обесструктуренные почвы уплотняются сильнее. Однако, наиболее опасно уплотнение почвы тяжелой техникой (Макаров И.П., 1987).

Массовая механизация сельскохозяйственного производства за рубежом (США, Западная Европа) началась значительно раньше, чем в нашей стране. Поэтому и изучение влияния избыточного уплотнения почв движителями техники началось значительно раньше. Так, Гилл (1959) пришел к выводу, что после 40 лет воздействия тяжелых машин в США почвы на многих участках, по сравнению с первоначальным состоянием, стали плотнее на 20%.

В Швеции, по оценке Б. Данфорса (1970), ежегодный убыток от уплотнения почвы достиг 70-100 млн. крон, а в США по оценке Тейлора (1972) - 1,118 млрд. долларов (Рабочее И.С. и др., 1978).

На международных конгрессах: 1955 г. в Швеции, 1958 г. в ФРГ, 1977 г. в Швеции и в 1985 г. в Канаде обсуждали проблемы обработки почвы. Среди

основных задач наибольшее внимание уделялось изменению физических свойств почв в связи с воздействием на них обрабатывающих машин. Ухудшение структуры, снижение гумуса и уплотнение подпахотных слоев резко снизили устойчивость почв к эрозии не только в Северной Америке, но и в Европе (Кирюшин Б.Д., 1986).

В нашей стране проблема отрицательного воздействия ходовых систем тракторов на почву встала еще на заре развития отечественного тракторостроения. Уже тогда работы советских ученых М.Х. Пигулевского, H.A. Качинского (1927); A.C. Львова (1940); Б.П. Мищенко (1940) обратили на него внимание отечественной и мировой науки (Бондарев А.Г. и др., 1985; Рабочев И.С. и др., 1978). П.У. Бахтин (1968) уже в начале интенсивного развития сельского хозяйства страны отметил, что интенсификация земледелия резко усиливает процессы воздействия машин на почву. Это вызывает ряд законных вопросов: насколько научно мы подходим к решению указанных проблем, каковы масштабы воздействия машин на почву, как это воздействие изменяет биологические процессы в почвах и т.д.?

Результаты исследований воздействия движителей техники на плодородие почвы и продуктивность культур в семидесятые годы В.А. Гарбара (1971); Б.И. Тарасенко (1971); А.П. Шехурдина и М.Я. Турушева (1974) в Кировской области; опытов Почвенного института имени В.В. Докучаева (Бахтин П.У., Шептухов В.И.) совместно с НАТИ (Гавалов И., Аксененко В.) в 1976-1977 гг.; С.И. Рабочева и др., (1978); А.И. Попова и др. (1977) в Эстонии; П. Семихненко и др. (1975) (ВНИИМК и Армавирская опытная станция) и других исследователей, свидетельствуют о нарастании опасности уплотнения почв, особенно орошаемых.

Однако разрозненность исследований не давала цельной картины изменения плодородия почв от воздействия движителей техники, а иногда приводила к парадоксальным выводам.

Так, некоторые авторы, получив прибавку урожая по следам колес трактора К-700, считали, что уплотнение почвы отрицательно не влияет на

продуктивность растений. Другие, наоборот предлагали отказаться от применения мощной техники на полях из-за ее пагубного воздействия на почву. Поэтому по поручению Министерства сельского хозяйства, ВНИИ механизации сельского хозяйства и ТСХА разработана единая «Программа и методика комплексных исследований по изучению влияния ходовых систем сельскохозяйственных тракторов, комбайнов и транспортных средств на почву» (МСХ, ТСХА, ВИМ, 1978).

Основным научно-исследовательским учреждениям страны поручено исследовать данную проблему по этой единой программе и методике в различных почвенно-климатических условиях страны и дать заключение. При этом очень важно изучение зависимо