Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Накопление и рациональное использование почвенной влаги при возделывании озимой пшеницы по различным предшественникам на эрозионно-опасных склонах

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Накопление и рациональное использование почвенной влаги при возделывании озимой пшеницы по различным предшественникам на эрозионно-опасных склонах"



На правах рукописи

Мищенко Андрей Евгеньевич

НАКОПЛЕНИЕ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННОЙ ВЛАГИ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПО РАЗЛИЧНЫМ ПРЕДШЕСТВЕННИКАМ НА ЭРОЗИОННО-ОПАСНЫХ СКЛОНАХ.

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 3 ДЕК 2010

п. Рассвет - 2010

004618393

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства (ГНУ Донской НИИСХ) Россельхозакадемии в 2003-2006 гг.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

Листопадов Игорь Николаевич

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

Шурупов Василий Георгиевич

- кандидат сельскохозяйственных наук Кисс Николай Николаевич

Ведущая организация - ФГОУ ВПО Донской государственный

аграрный университет

Защита диссертации состоится "28" декабря 2010 г в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 006.066.01 при Государственном научном учреждении Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства по адресу: 346735, Ростовская область, Аксайский район, п. Рассвет. Тел., факс (86350)-37-1-75, (86350)-37-3-89

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ Донского зонального научно-исследовательского института сельского хозяйства Россельхозакадемии.

Автореферат разослан " 26 " ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук

Землянов А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В южных регионах России процессам водной эрозии подвержено около 8 млн. га земель сельскохозяйственного назначения. Размешаются они в зонах различной засушливости климата. Одной из главных агротехнических задач является накопление и рациональное использование почвенной влаги при возделывании сельскохозяйственных культур, в первую очередь озимой пшеницы. При этом склоновые земли способны обеспечить более высокий агротехнический и экологический эффект, а совершенствование севооборотов, структуры посевных площадей, а также почвозащитного комплекса позволит свести до минимума экологическую напряженность эрозионно-опасных склонов.

Цель исследований. Выявить характер и особенности накопления и рационального использования влаги в паровом, зернобобовом, зерновом и пропашном звеньях севооборотов с озимой пшеницей на эрозионно-опасных склонах в зоне черноземов обыкновенных, а также в проведении оценки их экологической стабильности.

Задачей исследований является изучение звеньев севооборотов в аспекте влияния на процессы накопления почвенной влаги, а также на агрофизические свойства почвы.

Научная новизна состоит в экспериментальном установлении динамики накопления и использования почвенной влаги в звеньях севооборотов при контурно-ландшафтной организации территории эрозионно-опасных склонов в зоне черноземов обыкновенных.

Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для размещения и совершенствования технологии возделывания озимой пшеницы в севооборотах на эрозионно-опасных склонах. Основой защиты почвы должна быть контурно-ландшафтная организация склонов с полосным размещением культур, в которой устойчивые к' эрозии полосы чередуются с неустойчивыми. Это позволит исключить или сократить до минимума возможность экологических осложнений.

Реализация работы. Производственная проверка и внедрение результатов осуществлены в ЗАО «Аксайская Нива» Аксайского района Ростовской области.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных аспирантских сессиях ГНУ ДЗНИИСХ Россельхозакадемии в 2003, 2004, 2005 гг.; молодежной научной конференции «Проблемы экологии сельскохозяйственного производства» Дон ГАУ в 2005 году; Всероссийской научно-практической конференции ВНИИЗиЗПЭ «Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии» в 2007 году. По материалам диссертации опубликованы 2 рекомендации, 9 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Научное обоснование совершенствования водного режима эрозионно-опасных склонов на черноземе обыкновенном.

2. Накопление и рациональное использование почвенной влаги в севооборотах при возделывании озимой пшеницы на эрозионно-опасных склонах.

3. Интегральная оценка продуктивности и биологической эффективности севооборотов, их звеньев в эрозионно-опасных условиях.

Объем и струюура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций производству. Список использованной литературы содержит 177 источников, в том числе 18 иностранных. Работа изложена на 161 страницах машинописного текста и содержит 23 таблицы, 8 рисунков и 44 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Обзор литературы

В разделе обобщен и дан анализ литературы о влиянии различных сельскохозяйственных культур, обработок почвы на водный режим, водно-физические свойства почвы, структурно-агрегатный состав, эрозионные процессы, вызванные стоком талых и ливневых вод. В обзор включены 177 литературных источников, в том числе 18 иностранных.

2. Место, условия и методика проведения исследований

Полевые исследования по изучению накопления и использования почвенной влаги в звеньях севооборотов на эрозионно-опасных почвах в черноземе обыкновенном проводились в Аксайском районе Ростовской области

на многофакторном стационарном опыте Донского ЗНИИСХ. Стационарный опыт заложен в 1986 г на склоне крутизной 3,5-4,0° в системе контурно-ландшафтной организации территории при полосном размещении культур. Повторность опыта трёхкратная. Расположение вариантов рендомизированное.

Севообороты. В севообороте «А» посевы озимой пшеницы размещены по чистому пару и озимой пшенице (1. Пар, 2. Озимая пшеница, 3. Озимая пшеница, 4. Кукуруза на силос, 5. Ячмень), в севообороте «Б» - по пару и зернобобовым (1. Пар Vi + горох Vi, 2. Озимая пшеница, 3. Кукуруза на силос, 4. Ячмень, 5. Люцерна - выводное поле), в севообороте «В» - по пропашной культуре (1. Кукуруза на силос, 2. Озимая пшеница, 3. Ячмень, 4. Люцерна, 5. Люцерна -выводные поля).

Система обработки почвы. Обычная (зональная): глубокая отвальная вспашка на 27-30 см - под пар и пропашные культуры, 20-22 см - под яровые зерновые; поверхностная на 10-12 см (дискование) - под озимые после непаровых предшественников. Почвозащитная, чизельная обработка: глубокая под пар и пропашные культуры, средняя - под яровые зерновые, мелкая - под озимые после непаровых предшественников.

Исследования велись в условиях естественного плодородия без удобрений и в варианте с внесением органических и минеральных удобрений (органика 5т., и N46, Р24, К36 действующего вещества на 1 гектар севооборотной площади).

Размер опытных делянок: поле севооборота - 2070м2 (69*30), обработка почвы - 1035м2 (69x15), удобрения 395 м2 - (23><15).

Почва опытного участка - чернозем обыкновенный, сформировавшийся на лессовидном суглинке, тяжелосуглинистый. Склон восточной экспозиции крутизной до 3,5-4°. Мощность гумусового горизонта - от 80-90 до 35-40 см (в зависимости от степени смытости). Плотность пахотного слоя почвы - 1,10-1,20 г/см3, порозность пахотного горизонта 61,5%, подпахотного - 54%. Полевая влагоемкость 33-35 весовых процентов, влажность завядания 13,9-15,4%.

Содержание общего азота в почве (0-30 см) 0,16-0,18%. Исходное содержание подвижных фосфатов - 1,57-1,82 мг, обменного калия - 28,2-33,7 мг на 100 г почвы. Содержание гумуса в пахотном слое почвы 3,81-3,87%. Сумма поглощенных оснований 38,2-38,8 мг-эквивалент на 100 г почвы.

Климат зоны проведения исследований умеренно континентальный. Среднемноголетняя температура воздуха составляет 9,5°С, средняя температура января минус 6,6°С, июля 23,0°С. Сумма активных температур воздуха - 3200-3400°С, продолжительность солнечного сияния составляет 2000-2200 часов за год. Продолжительность теплого периода 175-180 дней, безморозного - 230-260.

Осуществлены следующие исследования, учеты, наблюдения и анализы.

1. Определение содержания влаги в почве - термостатно-весовым методом в слое 0-150 см через каждые 10 см глубины (ГОСТ 82268-89).

2. Учет стока талых и ливневых вод - на стоковых площадках путем замера количества вытекающей из стокоприемного лотка воды, смыв почвы - путем замера водороин (Метод, реком. по учету поверхностного стока и смыва почвы, Дьяков В.Н., 1975,1978,1984).

3. Определение структурно-агрегатного состава почвы - методом Н.И. Саввинова (1967) в слоях 0-10,10-20 и 20-30 см.

4. Определение количества водопрочных агрегатов - на приборе И.М. Бакшеева в слоях 0-10,10-20 и 20-30 см.

5. Плотность почвы - путем взятия проб с помощью металлического кольца без нарушения ее строения в слоях 0-10, 10-20 и 20-30 см, в пятикратном повторении.

6. Определение водопроницаемости почвы - методом залива площадок.

7. Подсчет густоты стояния растений - по диагонали опытных делянок на закрепленных площадках (0,25 м2) в четырехкратном повторении.

8. Учет степени засоренности посевов - количественно-весовым методом с определением видового состава.

9. Учет урожайности зерновых - прямым способом в фазе полной спелости комбайном Сампо-500 на площади 50 м2, кукурузы - в фазе молочно-восковой спелости зерна такой же площади.

10. Математическая обработка данных по урожайности- методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985). Биоэнергетическую эффективность рассчитывали по «Методике биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства» (1983).

3. Результаты исследований

3.1 Структурно-агрегатный состав почвы в посеве озимой пшеницы, размещенной по разным предшественникам

В посевах озимой пшеницы процентное содержание структурных агрегатов почвы от 10 до 0,25 мм преобладало на вариантах размещения ее по паровому предшественнику при чизельной обработке почвы и составляло 79,4%. При этом следует отметить, что здесь же было зарегистрировано и наименьшее количество пылевидной фракции - 5,3% (<0,25 мм). Коэффициент структурности равен 3,9, что является наибольшим показателем в данном опыте.

Количество почвенных агрегатов глыбистой фракции доминировало к посеве озимой пшеницы по чистому пару и после кукурузы на силос.

К моменту наступления весенней вегетации отмечена тенденция увеличения глыбистой фракции по всем вариантам. В среднем по обработкам под озимой пшеницей, размещенной по пару, с момента сева до весны, количество почвенных агрегатов размером >10 мм увеличилось с 15,3 до 27,1; по обычной и чизельной обработке с 17,9 до 22,5%. Максимальное количество глыбистой фракции (23,9 по чизельной обработке и 30,4 по обычной) в момент возобновления весенней вегетации отмечалось на варианте озимой пшеницы по кукурузе на силос.

К концу вегетации культуры в целом количество ценных агрегатов (10-0,25 мм) увеличивалось за счет сокращения глыбистой и частично пылевидной фракций.

Наибольшее количество водопрочных почвенных агрегатов размером от 7 до 0,25 мм было зарегистрировано на вариантах озимая пшеница по пару и по гороху - 84,2%, а так же наименьшее количество глыбистой фракции, не зависимо от обработок - 2,1%. Наименьшее количество водопрочных агрегатов размером от 7 до 0,25 мм (76,2%) было отмечено при размещении контрольной культуры по пропашному предшественнику.

К моменту возобновления весенней вегетации (практически по в;ем вариантам), количество водопрочных агрегатов фракции от 7 до 0,25 -/. м увеличилось в среднем на 2%.

К концу вегетации количество водопрочных агрегатов 7-0,25 мм по всем предшественникам озимой пшеницы увеличивалось в среднем на 2-3%.

3.2. Влияние предшественников и способов обработки на плотность почвы в посеве озимой пшеницы

В среднем за 2003-2006 гг. значение плотности почвы слоя 0-30 сантиметров при посеве озимой пшеницы находилось в пределах от 1,07 г/см3 до 1,23 г/см3 в зависимости от предшественника и способа обработки почвы.

Наиболее рыхлый слой 0-10 см отмечен по паровому предшественнику, который составлял 0,98 по чизельной и 0,91 г/см3 по отвальной обработке. С увеличением глубины до 10-20 см плотность, по паровому предшественнику, увеличивалась по отношению к слою 0-10 см на 18,7%- по чизельной и 23,7%- по отвальной обработке. На глубине 20-30 см этот показатель возрастал на 26,2%-по чизельной и 30,7%- по отвальной обработке.

К началу весенней вегетации плотность почвы слоя 0-30 см под посевами озимой пшеницы по всем предшественникам практически выравнивалась, то есть приходила в равновесное состояние, при этом во всех слоях (от 0-10 см до 0 - 30 см) она разуплотнялась в пределах от 0,96 до 1,06г/см3.

Плотность почвы в посеве озимой пшеницы, размещенной по кукурузе на силос, составляла 1,19- по чизельной и 1,17 г/см3 - по обычной обработке. К моменту уборки плотность почвы здесь увеличивалась за счет более высокого, в сравнении с другими вариантами, содержания в пахотном слое пылевидной фракции.

3.3. Влияние предшественников и способов обработки почвы на водопроницаемость почвы в посевах озимой пшеницы

Под посевами озимой пшеницы водопроницаемость почвы в зависимости от предшественника и способа обработки была различной.

При возобновлении весенней вегетации, в среднем за три часа, наибольшей водопроницаемостью обладала почва на варианте озимая пшеница по чистому пару при чизельной обработке почвы - 3,67 мм/мин, что на 11% выше, чем на этом же варианте, но при отвальной вспашке. На варианте озимая пшеница по гороху максимальное значение этого показателя (2,96 мм/мин) также было отмечено по чизельной обработке почвы, в сравнении с обычной вспашкой, что больше на 0,29 мм/мин.

Наименьшая водопроницаемость была зарегистрирована в посеве озимой

пшеницы по озимой пшенице и составляла: по чизельной обработке почвы - 2,29 и по отвальной - 2,15 мм/мин.

На варианте озимая пшеница по пару при низкой плотности слоя почвы 030 см отмечалась лучшая способность почвы впитывать влагу осадков: по чизельной - 3,67, по отвальной обработке - 3,27 мм/мин. Водопроницаемость на варианте озимая пшеница по гороху была ниже, чем по паровой озимой пшенице, что зависело от количества почвенной влаги, накопленной за осенне-зимний период.

К концу вегетации водопроницаемость в посеве озимой пшеницы по различным предшественникам и обработкам так же менялась. Наименьшая водопроницаемость отмечена на варианте озимой пшеницы, размещенной по кукурузе на силос, и составляла: по чизельной обработке - 1,64, по отвальной -1,43 мм/мин. Низкая инфильтрационная способность почвы в данном варианте, вероятно, обусловлена увеличением ее плотности с момента возобновления весенней вегетации до уборки озимой пшеницы в среднем на 0,13 г/см3.

Максимальная инфильтрационная способность почвы зарегистрирована на варианте размещения озимой пшеницы по паровому предшественнику. Здесь этот показатель по обработкам был выше, чем по озимой пшенице по озимой пшенице на 55 и 59% и составлял: по чизельной - 1,64, по отвальной - 1,43 мм/мин.

Снижение уровня инфильтрационной способности почвы практически по всем предшественникам и обработкам с момента возобновления весенней вегетации к периоду проведения уборочных работ можно объяснять тем, что на всех вариантах отмечалось увеличение плотности сложения пахотного слоя почвы, увеличение процентного соотношения илистой фракции (менее 0,25 мм.). 3.4. Влияние предшественников и способов обработки почвы на сток талых и ливневых вод в различных звеньях севооборотов с озимой пшеницей

Наибольшее количество накопленного снега в среднем за 3 года отмечалось на варианте пар, по чизельной - 19,2 и 20,0 см по отвальной обработке. При этом запасы влаги в накопленном снеге по чизельной обработке были выше на 10%.(рис.1).

!- Высота снежного покрова (см) £3- Запасы воды в снеге (мм) А - озимая пшеница по пару; В - озимая пшеница по гороху; С - озимая пшеница по озимой пшенице;

Р - озимая пшеница

по кукурузе на силос; Е - пар чистый

Рис. 1 - Запасы воды в снеге к началу снеготаяния 2003-2007 гг.

Наименьшее количество снега, накопленного в зимний период, отмечено на варианте озимая пшеница по кукурузе на силос. По чизельной обработке Еысота снежного покрова составила 14,5, а по отвальной - 14,2 см., запас влаги здесь был равен 26,2 и 25 мм соответственно.

3.4. Влияние предшественников и способов обработки почвы на сток талых и ливневых вод в различных звеньях севооборотов с озимой пшеницей

При весеннем снеготаянии в зерновом звене севооборота смыва почвы не отмечено. Сток талых вод по всем способам обработки почвы, в сравнении с другими вариантами, был минимальным и составил 4,0 мм.

В зернопаровом звене севооборота, в сравнении с другими вариантами, били отмечены наибольшие показатели стока и смыва по обеим обработкам !<счвы, по чизельной - 14,9, по обычной - 19,1 мм. Смыв почвы в данном звене севооборота по обычной обработке составил 4,1 т/га, что на 20,5% больше чем по чшельной (табл. 2). В зернобобовом звене севооборота сток талых вод, в среднем за годы исследований, по чизельной обработке находился на уровне 10,4 мм, по обычной обработке был выше в среднем на 13,4%. Смыв почвы в данном ззене севооборота по обеим обработкам находился в пределах от 2,0 до 2,3 т/га.

Таким образом, чизельная обработка на всех вариантах опыта проявляла себя как влагосберегающий и почвозащитный элемент агротехники. В зернопаровом звене сток снижался на 22%, а смыв почвы на 17%.

Таблица 2 - Сток талых вод, смыв почвы в звеньях севооборотов (2003-2007 гг.)

Способ Сток Смыв

Звено севооборота обработки мм. т/га

почвы

Чистый пар - озимая пшеница чизельная 14,9 3,4

обычная 19,1 4,1

Горох - озимая пшеница чизельная 10,4 2,0

обычная 11,8 2,3

Озимая пшеница - озимая пшеница чизельная 4,0 нет

обычная 4,0

Кукуруза н/с-озимая пшеница чизельная 9,4 2,1

обычная 10,1 2,1

Примечание: в 2003-2004 сельскохозяйственном году при весеннем снеготаянии стока талых вод и смыва почвы не отмечено.

Положительное влияния почвозащитной обработки отмечается и в зернопропашном звене севооборота. Здесь количество стока снижается на 7%, а смыв почвы составляет 2,1 т/га не зависимо от способа обработки почвы.

Таблица 3 - Сток ливневых вод и смыв почвы в звеньях севооборотов _(2003-2007гг.) _1_

Звено севооборота Способ обработки почвы Сток, мм. Смыв т/га.

Чистый пар - озимая пшеница чизельная 10,47 8,60

обычная 12,34 9,28

Горох - озимая пшеница чизельная 1,96 Смыва не отмечено

обычная 2,25

Озимая пшеница - озимая пшеница чизельная 1,88

обычная 2,17

Кукуруза н/с - озимая пшеница чизельная 2,34

обычная 2,63

Характер проявления смыва, вызываемого ливневыми осадками, существенно отличался от смыва, вызываемого интенсивным таянием снега. Сток ливневых вод (табл. 3) наблюдался во всех изучаемых звеньях севооборотов. Максимальным он был в паровом звене (12,34 мм по отвальной, 10,47 мм по чизельной обработке), что больше в 5,7 по отвальной и 5,6 раза по чизельной обработке, чем в зерновом, 5,5 и 5,3 в зернобобовом, и в 4,7 и 4,5 раза соответственно в пропашном звене севооборота.

3.5. Влияние различных предшественников и способов обработки почвы на запасы почвенной влаги и полевую всхожесть семян озимой пшеницы

При общем систематическом дефиците влаги в почве запасы ее под различными культурами севооборотов изменяются в широких пределах. Лучшие условия влагообеспеченности складывались в чистом пару. В зависимости от весенних запасов и осадков в весенне-летний период, запасы доступной влаги в полутораметровом слое почвы ко времени сева озимых составляли в пару от 118,8 до 141,30 мм. По непаровым предшественникам они снижались до 56,8 мм.

В среднем за годы исследований запасы доступной влаги в слое почвы 020 см в чистом пару составили по чизельной обработке 21,9, по обычной ~ 20,6 мм. К моменту сева озимой пшеницы наименьшее количество почвенной влаги накапливалось на варианте озимая пшеница по озимой пшенице: по чизельной обработке - 9,6, по отвальной - 11,9 мм. По многолетним данным, запасы влаги в двадцатисантиметровом слое почвы ко времени сева озимой по непаровым предшественникам более 30 мм повторяются в 15% лет, более 20 мм - в 35% лет и менее 10 мм - 35% лет. В среднем каждые 3,7 года из 10-ти, непаровые предшественники не обеспечивали своевременных качественных всходов озимой пшеницы (рис 2). 50 40 30 20 10 О

2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007

--запасы влаги по пару,

----запасы влаги по озимой пшенице,

..................запасы влаги по гороху,

— — — запасы влаги по кукурузе на силос,

■*■—— запасы влаги необходимые для получения всходов (22мм).

Рис. 2 - Запасы доступной влаги при посеве озимой пшеницы в слое почвы 0-20 см (2003-2005 гг.)

Полевая всхожесть озимой пшеницы на эрозионно-опасном склоне составила по пару в среднем 82%. Наименьшая полевая всхожесть семян озимой

пшеницы зарегистрирована в зерновом звене севооборота - по чизельной обработке 66, по отвальной — 68%. Всхожесть семян озимой пшеницы, возделываемой после кукурузы на силос, составила 77%, после гороха 78% соответственно.

Запасы доступной влаги в слое почвы 0-150 см стабильнее, чем в верхнем, но и они подвержены значительным колебаниям в зависимости от количества и распределения в течение года атмосферных осадков, а также от предшественников в звене севооборотов (рис. 3).

Способ обработки почвы: ч - чизельная; о - обычная.

запасы влаги:

средние: 2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 -по чистому--по чистому- чи'Стому »«чистому— - чистому

пару; пару;

пару;_пару;__пару;

В Птненине -........... - ПО 03. ........ПО 03. ---- ПО ОЗ. ------ - ПО ОЗ.

щт ишашцс пшенице; пшенице; пшенице; пшенице

Рис. 3 - Динамика запасов доступной влаги под озимой пшеницей в слое почвы 0-150 см (2003-2007 гг.)

Большие запасы продуктивной влаги в слое 1,5 метра накапливались под

озимой пшеницей по чистому пару, как в годы с достаточным количеством

осадков при благоприятном их распределении, так и в годы засушливые.

С XI Х2

XI -пар чистый, чизельная обработка; Х2 - пар чистый, обычная обработка; У1 -кукуруза н/с, чизельная обработка; У2 -кукуруза н/с, обычная обработка.

У1 У2

А - сев озимой пшеницы; В - ВВВ озимой пшеницы; С - уборка озимой пшеницы.

Рис. 4 - Динамика запасов доступной влаги по пару и кукурузе на силос в слое почвы 0-150 см (2003-2007)

Во время весенней вегетации разница между запасами влаги в почве на всех изучаемых вариантах наименьшая, при этом большее ее накопление отмечено по чизельной обработке-244,6, по обычной обработке-219,7 мм (рис. 4).

После весенней вегетации за летний период отмечалось снижение запасов доступной почвенной влаги на всех изучаемых вариантах. Однако максимальное ее количество отмечалось на варианте чистый пар (232,7 по чизельной, 247,4 мм).

3.6. Засоренность посевов в различных звеньях севооборотов

В изученных звеньях севооборотов отмечен сложный характер засоренности, который состоял из нескольких биологических групп (типов). Корнеотпрысковый тип представляли многолетние сорные растения: осот полевой, желтый (Sonchus arvensis L.), латук (молокан) татарский (Lactuca tatarica (L.) С.А.Меу. (Mulgedium tataricum (L.) D.C.), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis L.) и др.

Из всех предшественников озимой пшеницы неимение засоренным ягляется паровое поле, в котором более полно осуществляется система борьбы с сорной растительностью.

4. Оценка продуктивности звеньев севооборотов 4.1. Урожайность озимой пшеницы в звеньях севооборотов

Размещенная по чистому пару озимая пшеница имела не только более высокую в среднем за три года, но и более устойчивую урожайность по годам (табл.5).

Чистый пар, как предшественник озимой пшеницы в севообороте, обеспечивает не только более высокую, но и более стабильную урожайность. В неблагоприятные годы урожайность по чистому пару и непаровым предшественникам разнилась в 2-5 раз, а в достаточные по влагообеспеченности годы она составила в среднем 25-42%.

Применение удобрений позволило не только повысить урожайность озимой пшеницы, но и улучшить качество зерна. Так, на удобренном варианте содержание клейковины повышалось у паровой озимой пшеницы на 2,7%, у размещенной по гороху на 1,9%, у размещенной по кукурузе на силос на 1,8% и го озимой пшенице на 1%.

Табл. 5 - Урожайность озимой пшеницы, т/га

Предшеств енник Способ обработки почвы Применение удобрений Урожайность т/га

20032004 гг. 20042005 гг. 20052006 гг. 20062007 гг. 20032007 гг.

Пар чистьш чиз. без удобр. 4.21 2,81 3,77 5,07 3,97 I

с удобрен 4,91 3,22 4,22 5,11 4,37 !

об. без удобр. 4.59 2,17 4,21 5,07 4,01

с удобрен 5,15 2,68 4,20 5,13 4,29

Горох чиз. без удобр. 2,56 2,42 3,68 1,96 2,66

с удобрен 3,21 2,63 4,50 3,73 3,52

об. без удобр. 2,55 2,66 4,11 2,04 2,84

с удобрен 3,20 3,24 4,59 3,76 3,70

Озимая пшеница чиз. без удобр. 2,10 2.14 2,73 1,83 2,20

с удобрен 3,34 3,35 3,45 3,65 3.45

об. без удобр. 2,17 1,98 2,19 1,82 2,04

с удобрен 3,30 3,22 3,52 3,63 3,42

Кукуруза на силос чиз. без удобр. 2,72 1,97 3,48 1,23 2,35

с удобрен 3,29 3,66 3.48 1,83 3.07

об. без удобр. 3,13 1,71 2,87 0,94 2,16

с удобрен 3,76 2,94 3,48 1,88 3,02

НСР 05 предшественник 0,4 0,4 0,5 0,2

обработка почвы 0,3 0,3 0,4 0,3

применение удобрений 0,12 0,12 0,3 0,2

3.6. Влияние предшественников н способов обработки почвы на баланс влаги и коэффициент водопотребления озимой пшеницы

В звеньях севооборотов наибольший расход влаги из слоя почвы 0-150 см за период вегетации отмечен в посевах озимой пшеницы по чистому пару и составил: по чизельной обработке 578,3 и 582,2 мм - по отвальной обработке.

Достаточная влагообеспеченность озимой пшеницы в звене севооборота с паровым полем сохраняется до формирования урожая, а потому общий расход влаги с единицы площади здесь выше, чем на других вариантах.

Наибольший расход почвенной влаги на единицу продукции, в среднем за годы исследований, был зарегистрирован на варианте озимая пшеница по озимой пшенице без применения удобрений: по чизельной обработке - 1134,9, по отвальной обработке -1128,6 м3/т.

Достаточно экономичное расходование почвенной влаги на единицу продукции на варианте озимой пшеницы по гороху, как с удобрениями, так и без удобрений. Здесь расходование влаги находилось в пределах от 685,3 до 867,9 м3/т в зависимости от способа обработки почвы и уровня применения удобрений

(табл. 4). Суммарное водопогребление озимой пшеницы по годам исследований зависело от погодных условий периода ее вегетации.

Таблица 4 - Расход продуктивной влаги в слое почвы 0-150 см и коэффициент

водопотребления озимой пшеницы по различным предшественникам __и обработкам в севооборотах (2003-2007 гг.) _

Предшеств етшк Способ обработк и почвы Запас продуктов», влаги, мм. Осадки за вегетац., мм. Расход влаги, мм. Выход продукции т/га. Коэф. водогготреб., м3/т.

посев уборка

с удобр. без удобр с удобр. без удобр

Пар чистый чиз 128,4 132,5 582,4 578,3 99,1 90,3 583,6 640,5

об 128,7 128,9 582,4 582,2 86,8 85,3 670,5 682,4

Горох чиз 121,0 125,5 582,4 577,9 83,0 66,6 696,6 867,9

об 114,6 125,3 582,4 571,6 83,4 66,4 685,3 861,3

Озимая пшеница чиз 67,7 116,0 582,4 534,1 72,3 47,1 738,2 1134,9

об 80,1 114,5 582,4 548,0 78,5 48,6 697,9 1128.6

Кукуруза на силос чиз 102,9 119,5 582,4 565,8 70,7 54,2 800,7 1044,1

об 111,0 119,0 582,4 574,4 74,1 54,8 774,9 1048,6

Следует отметить, что применение органических и минеральных удобрений в указанных нормах существенно повышают продуктивность и качество зерна озимой пшеницы, но при этом нивелируется урожайность ее по предшественникам и коэффициент водопотребления на производство единицы продукции.

4.2. Эколого-экономическая оценка звеньев и севооборотов в целом

Итоговым показателем оценки севооборота и его составной части является продуктивность.

Наиболее продуктивным является зернобобовое звено. В этом звене была наименьшая себестоимость полученной продукции с 1 гектара севооборотной площади - 3,1 по чизельной и 3,0 по отвальной обработке. Что меньше чем в зернопаровом на 32% и 27% - в зернопропашном звеньях севооборотов.

При проведении сравнительной эколого-экономической оценке зернопарового с другими звеньями севооборотов в засушливых условиях четко выявилось преимущество парового звена. Себестоимость 1 т. произведенной продукции в этом случае в 1,7 раза меньше в сравнении с зерновым пропашным звеньями. Аналогично меняется и другие показатели эколого-экономической оценки.

Таблица 6 - Эколого-экономическая эффективность различных звеньев севооборотов и способов основной обработки в них (2003-2007гг).

Показатели Звено севооборота и способ обработки почвы

зерно-паровое зернобобовое зерновое зерно-пропашное

чиз об чиз об чиз об чиз об

Производственные затраты, тыс.руб/га 6,9 7,0 8,8 8,9 9,6 9,6 9,8 10,0

Затраты на возмещение ущерба от эрозии тыс.руб/га 0,9 0,9 0,3 0,4 - -- 0,4 0,4

Всего затрат, тыс.руб/га 7,8 8,0 9,1 9,3 9,6 9,6 10,2 10,4

Продуктивность звена (зерновых единиц основной продукции), т/га 1,8 1,8 2,9 3,1 3,0 2,9 2,5 2,4

Себестоимость 1 т зерновых единиц, тыс.руб. 4,3 4,4 3,1 3,0 3,2 3,3 4,1 4,3

Стоимость произведенной продукции тыс.руб. 9,0 9,1 14,6 15,6 14,8 14,4 12,4 12,2

Условно-чистый доход, тыс.руб/га 1Д 1,1 5,5 6,3 5,2 4,8 2,2 1,8

Рентабельность, % 115,9 114,7 159,9 168,1 154,0 150,3 121,8 117,5

Анализом эколого-экономической эффективности севооборотов установлено, что наиболее высокой продуктивностью обладает севооборот, з структуре которого доля чистого пара оптимальна. Как отсутствие парового поля, так и чрезмерное расширение его снижает этот показатель. В севообороте «А» паровое поле занимает 20% площади и в обычные по влагообеспеченности годы преимуществом в отношении севооборотов «Б» и «В» не обладает. Продуктивность его на удобренном и не удобренном вариантах соответственно составляет 35,9 и 27,5 т. зерновых единиц на гектар.

Наиболее продуктивный севооборот «Б» имеет оптимальную для этих условий долю чистого пара - 10%, а продуктивность его на удобренном варианте составляет 40,3, и на не удобренном 32,1 т. зерновых единиц на гектар, что на 16% выше, чем севооборот «А». Продуктивность севооборота «В» (без чистого пара) в засушливом году очень низкая, и в среднем занимает промежуточное значение - соответственно 37,6 и 31,8 тонн зерновых единиц с гектара.

В целом установлено, что отдельно взятое зернопаровое звено, в котором засевается только 50% площади, в обычные по влагообеспеченности годы не может быть продуктивнее зернобобового, зернового и зернопропашного звеньев, в которых засевается 100% площади.

В то же время, возможность зернопарового звена создать более

благоприятный водный режим обеспечивает более высокую продуктивность севооборотов в целом с оптимальной долей чистого пара. Эффект парового звена в севообороте усиливается в условиях дефицита почвенной влаги.

43. Биоэнергетическая оценка звеньев севооборотов Анализ результатов оценки биоэнергетической эффективности показал различный уровень затрат совокупной энергии и прироста энергии в разных севооборотах и их звеньях. Аналогично тому, как это имеет место при эколого-экономической оценке. Степень влагообеспеченности пара в значительной мере определяла эти показатели. При благоприятной влагообеспеченности зернопаровое звено, в котором паровая площадь составляет 50%, имеет наименьший прирост энергии.

При дефиците почвенной влаги биоэнергетическая эффективность парового звена существенно возрастала относительно звеньев с пропашным и зерновым предшественниками озимой пшеницы. В среднем, за период исследований, коэффициент энергетической эффективности зернопарового звена составил 3,48, что на 1,98 единицы выше, чем зерновом звене.

При анализе биоэнергетической эффективности севооборотов, в которые входят паровые звенья, установлено преимущество севооборота с долей чистого пара 10% (севооборот «Б»).

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований установлена возможность совершенствования водного режима в севооборотах на эрозионно-опасных склонах крутизной до 3,5 - 4° на черноземах обыкновенных.

2. Одним из основных моментов совершенствования технологии возделывания озимой пшеницы в эрозионно-опасных условиях является введение в севообороты парового поля при контурно-ландшафтной организации территории склона, полосного размещения культур, всех видов обработки почвы и посева по линиям приближенным к горизонталям склона.

3. При формировании, одного из главных источников пополнения почвенной влаги, снежного покрова преимущество имела чизельная обработка почвы в сравнении с отвальной (2,7%)

4. Адекватно запасам продуктивной влаги, накопленной предшественниками, складывалась и урожайность озимой пшеницы: по чистому пару за годы исследований содержание влаги в почве было на 25-33% выше, чем в среднем по непаровым предшественникам, а урожайность озимой пшеницы выше в среднем на 24-42%.

5. По разным предшественникам и при различной основной обработки почвы их складываются разные параметры плотности пахотного слоя почвы и агрегатного состава. И то и другое в сочетании с наличием влаги предыдущего поступления определяло инфильтрационную способность предшественников озимой пшеницы. В условиях дефицита влаги паровое поле обладало наибольшей водопроницаемостью, а при достаточной влагообеспеченности этот показатель значительно снижался.

6. Содержание влаги в пахотном слое почвы при чизельной обработке (в среднем по предшественникам) выше, чем при отвальной вспашке на 2,7%.

7. Применение органических и минеральных удобрений существенно повышает как урожайность озимой пшеницы (в указанных выше нормах до 60%), так и продуктивность севооборотов в целом (на 8,2%). Применение их в системе контурно-ландшафтной организации территории склона позволяет сохранить экологическую стабильность.

8. Показатели расходования влаги на производство озимой пшеницы по разным предшественникам, с применением разных способов обработки почвы на разном уровне питания растений представлены коэффициентами водопотребления. В варианте с применением удобрений коэффициент водолотребления по пару составляет 583,6-670,5 и по непаровым предшественникам 685,3-800,7 м3/т. С естественным почвенным плодородием соответственно 640,5-682,4 и 861,3-1134,9.

9. На эрозионно-опасном склоне наибольшая продуктивность севооборотов имела место при доле чистого пара 10% (40,3 т/га зерновых единиц). Как увеличение доли чистого пара, так и отказ от него вели к снижению продуктивности.

10. В благоприятные по влагообеспеченности годы оценка отдельных севооборотных звеньев выявила преимущество звена, имеющего в качестве

предшественника озимой пшеницы зернобобовую культуру (горох), коэффициент энергетической эффективности 2,03, тогда как в зернопаровом звене - 1,35. В условиях дефицита влаги преимущество имело зернопаровое звено севооборота.

11. Накопление почвенной влаги предшественниками озимой пшеницы в условиях контурно-ландшафтной организации территории эрозионно-опасных склонов позволяет наряду с повышением урожайности культуры и росте продуктивности севооборотов существенно снизить сток талых и ливневых вод, приостановить или снизить до минимума эрозионные процессы.

Предложения производству: Для повышения продуктивности пахотных земель на эрозионно-опасных склонах крутизной до 3,5-4° необходимо совершенствование технологии возделывания сельскохозяйственных культур, прежде всего основной культуры региона - озимой пшеницы, в плане накопления и рационального использования почвенной влаги. В то же время, в целях предотвращения экологических осложнений склоны должны быть зарегулированы в противоэрозионном плане, контурно-ландшафтная организация территории их должна содержать полосное размещение возделываемых культур и чистого пара, где устойчивые к водной эрозии полосы чередуются по склону с полосами неустойчивыми. Все виды обработки почвы и посев культур должны осуществляться по линиям приближенным к горизонталям склона.

Зернопаропропашные севообороты должны содержать, при указанной крутизне склонов, порядка 10% чистого пара и не менее 20% многолетних трав.

Для повышения урожайности и качества земледельческой продукции в целом и прежде всего озимой пшеницы, необходимо применение органических и минеральных удобрений. Нормы их внесения определяются наличием в почве элементов питания и возможностью почвозащитного комплекса сохранить экологическую стабильность.

Почвозащитный комплекс в этих условиях должен включать безотвальную почвозащитную (чизельную) обработку, которая в значительной мере является и энергосберегающей.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: Публикации в гаданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Листопадов, И.Н. Влага и корневая система озимой пшеницы в севообороте / И.Н. Листопадов, Э.А. Гаевая, А.Ю Габунов, А.Е. Мищенко // Земледелие.-2009.-№5.-С. 34-36.

2. Листопадов, И.Н. Почвенное плодородие севооборотов на эрозионноопасных склонах / И.Н. Листопадов, Д.С. Игнатьев, А.Е. Мищенко // Плодородие,- 2009.-№5 (50).- С. 42-43

Публикации в других изданиях:

3. Мищенко, А.Е. Влияние предшественника на всхожесть и урожайность озимой пшеницы / А.Е. Мищенко // Проблемы экологии сельскохозяйственного производства: материалы молодежной научной конференции.- п. Персиановка,

2005.- С. 52-53.

4. Листопадов, И.Н. Ресурсосберегающая разноглубинная обработка почвы и защита ее от эрозии (Методические рекомендации) / И.Н. Листопадов, A.B. Лабынцев, В.Б. Козлов, С.А. Диденко, Д.С. Игнатьев, А.Е. Мищенко, П.В. Копаев, Д.Н. Нечаев.-п. Рассвет: ГНУ ДЗНИИСХ, 2005.- 9 с.

5. Листопадов, И.Н. Эрозионно - устойчивый полевой севооборот в ландшафтном земледелии / И.Н. Листопадов, С.А. Диденко, А.Е. Мищенко // Проблемы интенсификации и экологизации земледелия России: материалы научно-практической конференции 14-15 июля 2006 г.- п. Рассвет: ГНУ ДЗНИИСХ, 2006,-С. 72-78.

6. Мищенко, А.Е. Влагообеспеченность и урожайность озимой пшеницы, возделываемой после различных предшественников / А.Е. Мищенко // Проблемы интенсификации и экологизации земледелия России: материалы нучно-практической конференции 14-15 июля 2006 г.- п. Рассвет: ГНУ ДЗНИИСХ,

2006,- С. 96-98.

7. Листопадов, И.Н. Севооборот как средство оптимизации агрономических параметров в ландшафтном земледелии /И.Н. Листопадов, А.Е. Мищенко // Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии: сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции

ВНИИЗиЗПЭ, 11-13 сентября 2007 года, Курск 2007.- С. 86-92

8. Мищенко, А.Е. Сохранение почвенного плодородия при различных способах обработки эрозионноопасных склонов /А.Е. Мищенко, Э.А. Гаевая // Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки: Материалы V Международной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов.-Владикавказ: Горский госагроуниверсигет, 2009,- С. 14-16.

9. Листопадов, И.Н. Ресурсосберегающие способы обработки почвы на эрозионноопасных склонах прибалочных агроландшафтов (Рекомендации) / И.Н. Листопадов, Д.С. Игнатьев, Э.А. Гаевая, А.Е. Мищенко, Д.Н. Нечаев.- п. Рассвет: ГНУ ДЗНИИСХ,- 2009.-15 с.

Ю.Листопадов, И.Н. Обработка почвы и урожайность озимой пшеницы на эрозионноопасных склонах / И.Н. Листопадов, Д.С. Игнатьев, Э.А. Гаевая, А.Е. Мищенко, Д.Н. Нечаев., И.В. Сафонова // Научные аспекты земледелия и животноводства: Сборник научных трудов - п. Рассвет: ГНУ ДЗНИИСХ,- 2009.-С 49-55

11.. Мищенко, А.Е. Сток талых и ливневых вод в зависимости от предшественников и способов обработки почвы в звеньях севооборотов/ А.Е. Мищенко // Научные аспекты земледелия и животноводства: Сборник научных трудов - п. Рассвет: ГНУ ДЗНИИСХ,- 2009.-С 130-134

Подписано в печать 18.11. 2010 г. Печать оперативная. Усл. печ. л. 1. Заказ №15 Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Государственного научного учреждения Донской зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Адрес: 346735, Ростовская обл., Аксайский р-н, пос. Рассвет, ул. Институтская, 1

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Мищенко, Андрей Евгеньевич

Введение

1. Обзор литературы

2. Место, условия и методика проведения исследований

2.1. Почвенно-климатическая характеристика места исследований

2.2. Методика исследований

3. Результаты исследований

3.1 Влияние предшественников и способов обработки почвы на структурно-агрегатный состав почвы

3.2. Влияние предшественников и способов обработки на плотность почвы в посеве озимой пшеницы

3.3. Водопроницаемость почвы под озимой пшеницей при различных предшественниках и способах обработки почвы

3.4. Влияние предшественников и способов обработки почвы на сток талых и ливневых вод в различных звеньях севооборотов с* озимой пшеницей '

3.5; Влияние различных предшественников и способов обработки почвы на запасы почвенной влаги и полевую всхожесть семян озимой пшеницы

3.6; Засоренность посевов в различных звеньях севооборотов

4. Оценка продуктивности звеньев севооборотов

4.1. Урожайность озимой1 пшеницы по различным предшественникам :

4.2. Баланс влаги и коэффициент водопотребления озимой пшеницы■

4.3. Эколого-экономическая оценка звеньев севооборотов

4.4. Биоэнергетическая оценка звеньев севооборотов

Выводы

Предложения производству

Список используемой литературьг■

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Накопление и рациональное использование почвенной влаги при возделывании озимой пшеницы по различным предшественникам на эрозионно-опасных склонах"

Почвенная влага представляет собой одну из важнейших составных частей почвы. Она играет важную роль в почвообразовании, так как передвижение различных веществ в почвенной толще, в результате которого формируется почвенный профиль, совершается по преимуществу в виде растворов, то есть эти вещества перемещаются с жидкой почвенной влагой (Роде A.A., 1952). Подчеркивая значение воды в почве, Г.Н. Высоцкий (1975) сравнивал ее роль с ролью крови для живых организмов.

Влага является важным фактором роста и развития растений, а также показателем почвенного плодородия.

Вода в почве во многом определяет уровень эффективного плодородия, оказывает непосредственное влияние на продуктивность возделываемых сельскохозяйственных культур, их урожайность. Влажность воздействует на агрофизические свойства почвы: плотность, липкость, способность к крошению и образованию агрегатов - спелость почвы. Почвенная влага служит также в качестве терморегулятора, влияя на тепловой баланс почвы.

Особое значение она имеет в засушливых зонах Российской Федерации, где в отдельные годы влагообеспеченность посевов решает не только величину урожая, но и саму возможность возделывания сельскохозяйственных культур. Водный режим почвы, различная степень доступности почвенной влаги, ее запасы определяются особенностями почвообразования, растительным покровом, рельефом, а также климатом, погодой и производственной деятельностью человека.

Недостаток влаги может свести к нулю все затраты сельхозпроизводителя, поскольку остальные условия жизни растения при остром дефиците влаги не могут иметь положительного значения. В неполивном земледелии источником восполнения влагозапасов почвы являются атмосферные осадки.

На территории Ростовской области водный режим почв непромывной при значительном дефиците влаги. Естественная влагозарядка происходит, в основном, в холодный период года, так как в летний период осадки носят ливневый характер и в большей степени теряются в виде поверхностного стока и испарения. В связи с этим комплекс проводимых агротехнических приемов должен быть направлен на накопление, сохранение и рациональное использование почвенной влаги. (Полуэктов Е. В., 1984; Листопадов, И: Н., Шапошникова И. М., 1984; Заев В; Н., 1987; Миронченко Ф. А., Зеленский Н. А., Петровская И. В;, 1987; Листопадов И. Н., 1996, ХУЫБепа^ 8.0.1999, Латария Д.Б., 2004).

Актуальность темы. В южных регионах России процессам водной эрозии подвержено около 8 млн. га земель сельскохозяйственного назначения. Размешаются они в зонах различной засушливости климата. Одной. из главных агротехнических задач является накопление и рациональное использование почвенной влаги при возделывании сельскохозяйственных культур, в первую очередь озимой, пшеницы. При этом склоновые земли способны обеспечить более высокий агротехнический и экологический эффект, а совершенствование севооборотов, структуры посевных площадей, а также почвозащитного комплекса позволит свести до минимума экологическую напряженность эрозионно-опасных склонов.

Цель исследований. Выявить характер и особенности накопления и рационального использования влаги в паровом, зернобобовом, зерновом и пропашном звеньях севооборотов с озимой пшеницей, на эрозионно-опасных склонах в зоне черноземов обыкновенных, а также в проведении оценки их экологической стабильности.

Задачей исследований является изучение звеньев севооборотов в аспекте влияния на процессы накопления почвенной влаги, а также на агрофизические свойства почвы.

Научная новизна состоит в экспериментальном установлении динамики накопления и использования почвенной влаги в звеньях севооборотов при контурно-ландшафтной организации территории эрозионно-опасных склонов в зоне черноземов обыкновенных.

Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для размещения и совершенствования технологии возделывания озимой пшеницы в севооборотах на эрозионно-опасных склонах. Основой защиты почвы должна быть контурно-ландшафтная организация склонов с полосным размещением культур, в которой устойчивые к эрозии полосы чередуются с неустойчивыми. Это позволит исключить или сократить до минимума возможность экологических осложнений.

Производственная проверка и внедрение результатов осуществлены в ЗАО «Аксайская Нива» Аксайского района Ростовской области на площади 75 га.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодных аспирантских сессиях ГНУ ДЗНИИСХ Россельхозакадемии в 2003, 2004, 2005 гг.; молодежной научной конференции «Проблемы экологии сельскохозяйственного производства» Дон ГАУ в 2005 году; Всероссийской научно-практической конференции ВНИИЗиЗПЭ «Инновации, землеустройство и ресурсосберегающие технологии в земледелии» в 2007 году. По материалам диссертации опубликованы 2 рекомендации, 9 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций производству. Список использованной литературы содержит 177 источников, в том числе