Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Продуктивность культур и плодородие почвы при различных системах основной обработки и зернопаровом севообороте на южных черноземах Оренбургского Предуралья

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Федюнин, Станислав Анатольевич, Оренбург

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ФЕДЮНИН СТАНИСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ

ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР И ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАХ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ В ЗЕРНОПАРОВОМ СЕВООБОРОТЕ НА ЮЖНЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ ОРЕНБУРГСКОГО ПРЕДУ РАЛЬЯ

06.01.01. - общее земледелие

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор КИСЛОВ А.В.

Оренбург -1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Состояние изученности и основные направления совершенствования основной обработки почвы............................. 8

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Методика проведения исследований............................................ 36

2.2. Почвенно-климатические условия и система агротехники в

опыте................................................................................................ 42

2.3. Метеорологические условия и характеристика вегетационных периодов в годы проведения исследований........................................ 46

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Влияние способов и глубины основной обработки на агрофизические показатели плодородия почвы

3.1.1. Плотность сложения почвы......................................................... 50

3.1.2. Структурно-агрегатный состав почвы........................................ 66

3.1.3. Водный режим почвы................................................................... 79

3.2. Засоренность и фитосанитарное состояние посевов зерновых культур в зависимости от систем основной обработки почвы

в зернопаровом севообороте..................................................... 94

3.3. Влияние способов основной обработки на микробиологическую активность почвы......................................................................... 112

3.4. Пищевой режим почвы в зависимости от способов основной обработки....................................................................................... 130

4. УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗЕРНОПАРОВОМ СЕВООБОРОТЕ........................ 143

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВ-

НОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ

ПОЧВЫ В ЗЕРНОПАРОВОМ СЕВООБОРОТЕ................................................151

ВЫВОДЫ................................................................................................................................................................................162

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ......................................................................................165

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................................166

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................................................................191

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. К одному из главных факторов стабилизации экологической обстановки на планете относится сохранение и воспроизводство плодородия почвы, являющейся составной частью биосферы.

Интенсивная и нерациональная эксплуатация земельных угодий, высокая степень антропогенной нагрузки на почву, связанная с применением энергоемких технологий ее обработки, явились причиной значительного снижения уровня почвенного плодородия пахотных земель в результате дегумификации, прогрессирующего эрозионного разрушения почв и их агрофизической деградации. Снижение плодородия почвы нарушает сбалансированность агроэкосистем и в значительной степени обостряет в целом экологическую ситуацию в земледелии.

Особое беспокойство почвоведов и земледелов вызывают масштабы разрушения почв. В настоящее время каждый из 3,5 га пашни в той или иной степени подвержен разрушению (191).

Только в Оренбургской области, с неоправданно высокой степенью распаханности территорий, из 6,3 млн. га пашни - 2,1 млн. подвержены водной, 1,4 - ветровой и 1,5 млн. га совместной эрозии, кроме того, потенциально эрозионно-опасных земель насчитывается 1,1 млн. га (163).

Установлено, что в условиях области темпы эрозионных потерь органического вещества в почве возросли в 1,5-2 раза и составляют ежегодно от 0,5 т/га у черноземов южных и каштановых почв до 1,5 т/га у типичных и обыкновенных черноземов. Минерализация гумуса составляет 0,4-0,7 т/га, а на парах достигает 2,0 т/га. Это привело к тому, что к настоящему времени черноземами типичными потеряно 3,25, а обыкновенными, южными черноземами и каштановыми почвами соответственно 1,15, 1,35 и 0,99 абсолютных процентов гумуса (118). Балл бонитета пахотных почв области в среднем снизился от 86-93 до 64-66 (24).

Невысокая эффективность применяемых до сих пор противоэрозионных мероприятий вызывает необходимость разработки и внедрения новых почвозащитных, экологически сбалансированных, базирующихся на ландшафтной основе, систем земледелия, направленных на создание высокопродуктивных агроландшафтов. При этом адаптация земледелия к существующим почвенно-климатическим, экономическим и экологическим условиям должна идти на основе ресурсосберегающих, почвозащитных технологий обработки почвы.

Наряду с экологическими факторами, другими причинами, вызывающими необходимость совершенствования обработки почвы, в условиях области стали резко выраженная засушливость климата, ухудшение социально-экономических условий, недостаточный уровень внесения органических и минеральных удобрений, высокий удельный вес зерновых в структуре посевных площадей, увеличение засоренности полей.

В связи с этим, стратегия обработки почвы в современных условиях должна строиться в направлении снижения ее интенсивности до оптимального уровня, обеспечивающего сохранение естественного состояния почвенного покрова при щадящем режиме антропогенного воздействия на него, высокую устойчивость экосистем, биологические пути воспроизводства почвенного плодородия, накопление и рациональное использование влаги, высокую продуктивность агроценозов и экономию материальных ресурсов.

Основой почвозащитных, ресурсосберегающих технологий обработки почвы должно стать использование в качестве основной обработки безотвальных ее способов различной степени минимализации от глубоких до мелких и нулевых обработок.

В этой связи в земледелии наиболее актуальным является определение уровней минимализации обработки черноземов, отличающихся наиболее благоприятными для этого физическими свойствами, и разработка на этой основе ресурсосберегающих, почво-

защитных систем основной обработки их в составе севооборотов с учетом зональных условий.

Наибольшее внимание в этом плане привлекают черноземы южные, занимающие в Оренбургской области 40% площади пашни и доминирующие среди других подтипов почв. Эффективность применения безотвальных технологий обработки на черноземах южных в условиях области изучена слабо, практически не исследовались их агрофизические свойства.

Именно на решение этой и выше отмеченных проблем направлены исследования, проводимые кафедрой земледелия и ТППР Оренбургского ГАУ с 1988 года.

В данную работу положены результаты части этих исследований, выполняемых в соответствии с государственной научной программой «Плодородие почвы», координируемой Департаментом кадровой политики и образования МСХ РФ и Министерством науки и технологий (Государственный номер регистрации 0191006987).

Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработать почвозащитные ресурсосберегающие технологии основной обработки южного чернозема в зернопаровом севообороте.

Задачи исследований сводились к следующему:

1. Определить оптимальные параметры агрофизических показателей плодородия южных черноземов для озимой ржи и яровой пшеницы (объемная масса, равновесная плотность, строение пахотного слоя).

2. Изучить влияние различных систем основной обработки на структурное состояние пахотного слоя почвы.

3. Выявить особенности накопления влаги в почве и использования ее в посевах зерновых культур в зависимости от приемов основной обработки.

4. Изучить влияние различных способов основной обработки почвы на динамику засоренности и фитосанитарное состояние посевов культур

в севообороте.

5. Изучить микробиологическую активность почвы по горизонтам пахотного слоя в зависимости от способов и глубины ее обработки.

6. Изучить влияние различных способов обработки на пищевой режим почвы.

7. Определить действие различных приемов и систем основной обработки почвы на продуктивность зерновых культур в севообороте.

8. Провести экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности различных ресурсосберегающих систем основной обработки почвы при возделывании зерновых культур и определить оптимальный уровень их интенсивности.

В опыте изучались 16 различных по интенсивности систем основной обработки почвы.

Научная новизна. Впервые на Южном Урале определены оптимальные для озимой ржи и яровой пшеницы агрофизические показатели плодородия южного чернозема и его равновесная плотность, выявлен и обоснован по результатам экономической и энергетической оценки оптимальный уровень интенсивности системы основной обработки в зернопаровом севообороте.

Практическая значимость. Разработанные нами

ресурсосберегающие технологии основной обработки почвы вошли в рекомендации по повышению устойчивости сельскохозяйственного производства Оренбургской области (Оренбург, 1998). Результаты исследований используются в учебном процессе Оренбургского ГАУ, прошли успешную производственную проверку и внедрены в хозяйствах Оренбургского и Илекского районов Оренбургской области, в которых применение на площади 1235 га в составе четырехпольных зернопаровых севооборотов системы комбинированной обработки, сочетающей глубокое безотвальное рыхление в пару с последующими вспашкой и плоскорезной обработкой на 20-22 см, позволило в сравнении с разноглубинной вспашкой

снизить затраты труда в расчете на тонну зерна на 0,19 чел.-ч, повысить на 3,4% рентабельность и получить годовой экономический эффект в размере 10127 руб.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практической конференции, посвященной 40-летию освоения целины (Оренбург, 1994), научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1994, 1995, 1997), на всероссийском научно-техническом семинаре (Оренбург, 1994), на заседаниях кафедры земледелия и Till IP Оренбургского ГАУ.

Публикации. Основные положения работы изложены в семи научных статьях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 232 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Список литературы включает 290 источников, из них 13 иностранных авторов, имеется 26 таблиц, 16 рисунков и 39 приложений.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, профессору A.B. Кислову, а также сотрудникам кафедры земледелия и ТППР доцентам P.C. Мушинской и Ф.Г. Бакирову за помощь в проведении исследований и подготовке диссертации.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Состояние изученности и основные направления совершенствования основной обработки почвы

Глобальную проблему в земледелии представляет снижение почвенного плодородия, одной из главных причин которого является применение высокоинтенсивных энергоемких систем обработки почвы. Показано, что длительное использование в качестве основной обработки вспашки вызывает снижение запасов гумуса, развитие эрозионных процессов и агрофизическую деградацию почвы (131,167, 249, 282).

Правильная обработка почвы должна выполнять в первую очередь задачи регулирования уровня плодородия и надежной защиты почвы от эрозионного разрушения (157, 159, 208, 242). В связи с этим в земледелии остро встал вопрос о замене вспашки, где это необходимо, на другие способы обработки, в большей степени отвечающие предъявляемым к ним требованиям.

Факт негативного влияния вспашки на физическое состояние почвы отмечался учеными еще с конца прошлого столетия. С опровержением глубокой плужной обработки в то время в России выступали П.А. Костычев, Д.И. Менделеев, И.Е. Овсинский (130, 169, 193). В первой половине XX века альтернативные идеи по обработке почвы выдвигались и за рубежом (278, 281,289).

Однако более глубокое изучение бесплужных обработок не принесло тогда достаточного количества аргументов в пользу замены плуга рыхлящими орудиями и они не получили широкого применения.

Доминирующему положению вспашки долгое время способствовало отставание в развитии теоретических основ обработки почвы, которое проходило очень медленно на основе практики, эмпирическим путем. Впервые в мировой агрономической науке теоретическое обоснование отвальной обработки было дано академиком В.Р. Вильямсом, что послужило дополнительному «узакониванию» вспашки без учета почвенных условий,

рельефа и климата, и превратило ее в шаблон, на долгие годы, затормозив дальнейшее развитие теории и практики в области обработки почвы (41).

Только лишь после распашки целинных земель в степных регионах катастрофическое увеличение масштабов эрозионного разрушения почв дало новый толчок к изучению бесплужных обработок. Большой вклад в развитие земледелия внесен И.С. Мальцевым, предложившим свою систему безотвальной обработки почвы, на основе которой была разработана почвозащитная система земледелия для условий засушливых степей (12, 13, 14, 164).

В современных условиях в мировом земледелии продолжает развиваться направление ресурсосберегающих противоэрозионных технологий, основанных на применении безотвальных способов основной обработки почвы (безотвальное рыхление, плоскорезная, поверхностная, локальная и нулевая обработки). Новые технологии, позволяющие уменьшить отрицательное антропогенное воздействие на почву, направлены на сохранение и воспроизводство почвенного плодородия, защиту почв от эрозионного разрушения, снижение энерго- и ресурсозатрат, повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и стабилизацию экологической обстановки. Они становятся основным звеном в системе агроландшафтного земледелия.

Совершенствование обработки почвы имеет научное обоснование, связанное с закономерностями изменения свойств, режимов и плодородия почвы под действием интенсификации земледелия и природных факторов. При этом приемы и степень интенсивности обработки должны определяться на основе оптимизации физических параметров и свойств почвы в соответствии с необходимым уровнем плодородия.

Рассмотрим более подробно теоретические положения, которыми обусловлены необходимость совершенствования технологии основной обработки почвы.

Одним из основных агрофизических показателей плодородия почвы

является плотность ее сложения. Факт огромного влияния плотности на рост и развитие культурных растений общеизвестен, поскольку она в значительной степени определяет водный, воздушный и тепловой режимы почвы, направленность и интенсивность физико-химических и микробиологических процессов, что сказывается на мобилизации питательных веществ, их доступности и использовании растениями (18, 32, 144, 186).

Обработка почвы, и, прежде всего основная, направлена в первую очередь на разуплотнение ее, так как уплотненная почва не обеспечивает необходимых для развития культурных растений условий. Показано, что в плотной почве затрудняется проникновение и рост корней, снижается водопроницаемость, увеличивается содержание недоступной для растений влаги, особенно на тяжелых по мехсоставу почвах (37, 58, 81, 141, 145, 237, 239). Уплотнение почвы приводит к ухудшению воздушного режима в результате уменьшения общей пористости и изменения соотношения объемов капиллярных и некапиллярных пор в пользу первых, что приводит к антагонизму воды и воздуха в почве, и снижению процессов воздухо- и газообмена (64, 68, 148). Недостаточная аэрация почвы, ухудшая условия жизни аэробных почвенных организмов и нарушая протекание в ней биохимических процессов, усугубляет пищевой режим (182).

Вместе с тем, в литературе имеется достаточно данных, свидетельствующих о том, что не только плотное, но и избыточное рыхлое состояние почвы оказывает неблагоприятное влияние на рост и развитие растений. В рыхлой почве велики потери влаги на физическое испарение, что усугубляет водный режим в условиях недостаточной влагообеспеченности, отмечается недостаточный контакт корней с почвенными частицами, меньшая полевая всхожесть семян сельскохозяйственных культур из-за их неравномерного распределения по глубине и плохого контакта с почвой, снижена концентрация влаги и пищи на единицу объема почвы, а это приводит к дополнительному развитию

корневой системы в ущерб формированию надземной части растений (18, 182, 185, 237, 276). Отмечено также, что при оседании рыхлой почвы происходит повреждение немалой части мелких корней, а весной во влажном состоянии она под колесами МТА уплотняется в большей степени, чем нормально уплотненная (141, 182, 270). Такое переуплотнение сохраняется еще длительное время, растения на этих участках испытывают у�