Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Продуктивность севооборотов и плодородие чернозема выщелоченного в северной лесостепи Тюменской области

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Продуктивность севооборотов и плодородие чернозема выщелоченного в северной лесостепи Тюменской области"

На правах рукописи

Моисеев Анатолий Николаевич

ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТОВ И ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В СЕВЕРНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Тюмень-2014

3 Л яив 2014

005544727

005544727

Работа выполнена на кафедре земледелия ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Федоткин Виталий Андреевич

Официальные оппоненты: Ершов Василий Леонидович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Омский ГАУ, заведующий кафедрой земледелия и растениеводства

Цветков Михаил Леонидович

кандидат сельскохозяйственных наук, Алтайский ГАУ, доцент кафедры общего земледелия, растениеводства и защиты растений

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Курганская ГСХА

Защита состоится «14» февраля 2014 г. в 1530 часов на заседании диссертационного совета Д 220.064.01 при ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7 Тел./факс: 8(3452) 46-87-77 E-mail: dissTGSHA@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного аграрного университета Северного Зауралья

Автореферат разослан «10» января 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат с.-х. наук (_"Рзаева Валентина Васильевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ведущими по влиянию на почву элементами зональных систем земледелия обшепризнана система севооборотов и обработки почвы (Абрамов Н.В., 1992; Перфильев Н.В., 1998).

Севооборот считается центральным звеном современных зональных агро-ландшафтных систем земледелия. Он объединяет все звенья систем земледелия: систему обработки почвы и защиты от эрозии, систему удобрений, защиты растений от вредителей, болезней и сорняков.

В настоящее время в структуре посевных площадей Западно-Сибирского региона сложился дисбаланс между зерновыми и кормовыми культурами. По данным департамента сельского хозяйства Тюменской области, зерновыми культурами занято более 60% пашни, тогда как на долю кормовых культур приходится менее 30% посевных площадей.

Цель работы. Установить влияние культур на продуктивность севооборотов и плодородие чернозема выщелоченного.

В задачи исследований входило:

1. Изучить влияние севооборотов на:

- агрофизические и агробиологические показатели чернозема

выщелоченного;

- пищевой режим возделываемых культур;

- засоренность посевов и компоненты агрофитоценоза.

2. Сравнить продуктивность севооборотов.

3. Рассчитать экономическую эффективность севооборотов.

Научная новизна исследований. В условиях северной лесостепи Тюменской области изучены севообороты с различной насыщенностью зерновыми и кормовыми культурами, позволяющие стабилизировать почвенное плодородие и получить больше зерна и зеленой массы с положительным экономическим эффектом.

Результаты исследований могут быть использованы при составлении севооборотов и в учебном процессе при чтении курса «Земледелие».

Практическая значимость работы. Наиболее продуктивными признаны травопольный и зернопаровой севообороты, где сбор с одного гектара севооборотной площади составил 3,43-2,70 т к.ед. и 6,9 и 4,2 т КПЕ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях Тюмень (2008, 2009); международной научно-практической конференции Омск (2013); научных семинарах кафедры земледелия ГАУ Северного Зауралья.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в т.ч. 8 работ в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном ВАК РФ.

Положение, выносимое на защиту:

Травопольный и зернопаровой севообороты высокорентабельны, имеют устойчивую продуктивность, обеспечивают и сохраняют плодородие чернозема выщелоченного.

Реализация результатов испытаний. Производственные испытания на яровой пшенице и озимой ржи проводились в условиях хозяйств Тюменской области ИП Глава КФХ «Мельников» Бердюжского района, по многолетним травам в ИП Глава КФХ «Ташланов» Нижне-Тавдинского района.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 172 страницах. Состоит из введения, шести глав, 10 выводов, предложения производству, содержит 32 таблицы, 11 рисунков, 21 приложение. Библиографический список включает 264 источника, из них 4 на иностранных языках.

Личный вклад. Автору принадлежит: разработка программы исследований, постановка, организация и проведение полевых и лабораторных опытов, анализ и интерпретация полученных результатов, написание текста, их статистическая и экономическая оценка, формулирование выводов и предложения производству.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Состояние изученности вопроса (обзор литературы)

В главе представлен обзор научной литературы о влиянии севооборотов на продуктивность возделываемых культур и плодородие чернозема выщелоченного.

2 Условия и методика проведения исследований Исследования проводились в 2006-2010 гг. на опытном поле ГАУ Северного Зауралья, расположенном в 1,5 км от д. Утёшевой. Лабораторные исследования выполнены в лаборатории кафедры земледелия.

2.1 Агроклиматические условия в годы проведения исследований Лесостепная зона - одна из наиболее освоенных территорий в сельскохозяйственном отношении. Под сельскохозяйственными угодьями занято 42% территории зоны, из которых под пашней - около 50%. Эта зона считается теплой, умеренно увлажненной. Сумма положительных температур за период активной вегетации достигает 1786-1932°С. Погодные условия в годы исследований отличались друг от друга: 2006 и 2010 гг. характеризовались умеренно-теплым и сухим началом вегетации и жарким, с минимальным количеством осадков августом. 2007 г. характеризовался холодной, дождливой, продолжительной весной и очень жарким, сухим летом. 2008 и 2009 гг. были умеренно-увлажненными, с теплой погодой и неравномерным распределением осадков, основная масса которых пришлась в 2008 году на июнь (47 мм), в 2009 г. - на июль (67 мм).

2.2 Почвенные условия (характеристика почвы опытного поля) Почва опытного участка - чернозем выщелоченный маломощный, средне-гумусовый, тяжелосуглинистый, пылевато-иловатый на карбонатном суглинке. Морфогенетические, физико-химические и водно-физические свойства типичны для черноземных почв лесостепной зоны Зауралья.

2.3 Схема и агротехника опытов Обработка почвы при возделывании сельскохозяйственных культур в изучаемых севооборотах опыта общепринятая для лесостепной зоны Тюменской области. Система основной обработки почвы в севооборотах - дифференцированная разноглубинная (таблица 1). Технологии возделывания культур изучае-

мых севооборотов соответствовали рекомендациям для лесостепной зоны Тюменской области. Сеяли зарегистрированными в северной лесостепи Тюменской области сортами: яровая пшеница - Новосибирская 15 с нормой высева 6,5 млн. всхожих зёрен на гектар; озимая рожь - Петровна; однолетние травы -трёхкомпонентная смесь (горох-пшеница-овес в соотношении 1:1:2) с нормой высева 300 кг/га. Горох - Флагман, овёс - Таёжник. Смесь донника с клевером в соотношении 1:1 с нормой высева смеси 15 кг/га. Сорта: донник - Омский скороспелый; клевер — Фалёнский-1. Сложная травосмесь (кострец, тимофеевка, люцерна в соотношении 5:2:3). Сорта: кострец СибНИИСХОЗ 189; тимофеевка Камалинская 96; люцерна Омская 7. Норма высева 40 кг/га. Сеяли зерновые культуры и однолетние травы сеялкой С3-3,6; многолетние травы - ССНП-16. Удобрения вносили под яровую пшеницу, однолетние и многолетние травы в дозе N70 кг д.в./га. Также была предусмотрена весенняя подкормка в дозе N30 кг д.в./га. Для защиты от сорняков использовали баковую смесь Пума-Супер-100 и Агритокс в дозе, рекомендованной изготовителем.

Таблица 1 - Схема севооборотов и основных обработок почвы

Севооборот №1 Севооборот №2 Севооборот №3 Севооборот №4

Зернопаровой Зернотравяной Зернотравяной с занятым паром Травопольный (выводное поле)

1. Пар ранний ПЛН-5-35 (25-27 см) 1. Клевер с донником + однолетние травы ПЛН-5-35 (25-27 см) 1. Однолетние травы, поукосно озимая рожь ПЛН-5-35 (25-27 см) 1. Многолетние травы 1 г.п.

2. Пшеница ПЛН-5-35 (20-22 см) 2. Клевер с донником, поукосно озимая рожь 2. Озимая рожь на зелёную массу ПЛН-5-35 (20-22 см) 2. Многолетние травы 2 г.п.

3. Пшеница ПЧН-2,3 (14-16 см) 3. Озимая рожь на зелёную массу ПЧН-2,3 (14-16 см) 3. Пшеница ПЧН-2,3 (14-16 см) 3. Многолетние травы 3 г.п.

4. Пшеница К055-2,6 (12-14 см) 4. Пшеница КО55-2,6 (12-14 см) 4. Пшеница £055-2,6 (12-14 см) 4. Многолетние травы 4 г.п.

2.4 Методика учетов и наблюдений.

В опытах проводили следующие наблюдения, учеты и анализы: плотность сложения почвы по методу Качинского в слое 0-50 через 10 см - по Б.А. Дос-пехову (1987); плотность твердой фазы - пикнометрическим методом; плотность почвенных агрегатов - пикнометрическим методом с использованием па-рафинирования по Е.В. Шеин (2006); виды пористости (порозности) - расчётным путём; структурно-агрегатное состояние (сухое просеивание) - методом Савинова; водопрочность - на приборе Бакшеева; влажность почвы - термостатно-весовым методом по слоям 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-60, 60-80, 80-100 см перед посевом, в фазу кущения и перед уборкой; запасы доступной влаги рассчитывали с учётом влажности и плотности сложения с последующим пере-

расчётом в слое 0-20 и 0-100 см; разложение целлюлозы - методом льняных полотен; органический углерод - методом Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); валовой азот — по Къельдалю-Иодедьбуэру; валовой фосфор — по Гинзбург (Аринушкина Е. В., 1970); рН солевой вытяжки - потенциомет-рическим методом (ГОСТ 27753.3-88); нитратный азот - дисульфофеноловым способом (ГОСТ 26488-91); подвижный фосфор - по Чирикову (ГОСТ 2620491); обменный калий - методом пламенной фотометрии (ГОСТ 26210-91); содержание общего азота в зерне и зелёной массе - методом мокрого озоления; засорённость посевов яровой пшеницы - в фазу кущения количественным, перед уборкой пшеницы - количественно-весовым методом; структуру урожая, биологический урожай — по методике Госсортсети (Методика..., 1971); урожай зерновых культур учитывали прямым комбайнированием «Сампо-500» в 6-хкратной повторное™ с учётной части каждой делянки 150 м2, с пересчетом урожайности на 14%-ную влажность и 100%-ную чистоту; учитывали зелёную массу однолетних и многолетних трав - в 3-хкратной повторное™ с учётной части каждой делянки 25 м2 (Доспехов Б.А. и др., 1987); экономическая эффективность рассчитана по методике СибНИИСХоза (Неклюдов А.Ф. и др., 1993); математическую обработку полученных данных выполняли по Б.А. Доспехову с помощью программного продукта «odal; oda2», разработанного на кафедре ЭММ и ВТ ГАУ Северного Зауралья.

3 Влияние севооборотов на плодородие чернозема выщелоченного 3.1 Агрофизические показатели

Плотность почвы во многом определяет урожай растений, влияет на рост корневой системы растений, так как уплотненная почва — существенная преграда для проникновения корней. В зернопаровом севообороте плотность сложения в слое 0-30 см варьировала в пределах от 1,05 до 1,20 г/см3 (таблица 2). В период роста второй культуры севооборота (яровая пшеница) этот показатель был на 5,4% выше значений перед закладкой опыта.

В 2010 году плотность сложения пахотного слоя уменьшилась на 6,3% относительно 2006 года и достигла 1,05 г/см3. Изменение плотности по годам обусловлено влиянием механических обработок и малым сроком между ними, за который почва не успевает достигнуть равновесной плотности.

Динамика плотности сложения пахотного слоя (0-30 см) в зернотравяном севообороте не имела существенных отличий от зернопарового севооборота -варьирование было в пределах 1,00-1,20 г/см3, при этом четкой тенденции изменения данного показателя в какую-либо сторону не отмечалась, несмотря на то, что три поля в севообороте заняты однолетними и многолетними травами. Только в 2009 г. плотность сложения снизилась до 1,00 г/см3, что на 13% меньше значений перед закладкой опыта. Этот факт объясняется воздействием корневой системы культур данного севооборота и улучшением водного режима чернозёма выщелоченного. В конце ротации, когда вновь поле занимает яровая пшеница, плотность сложения возрастает до величин, соответствующих старопахотным чернозёмам - 1,20 г/см3, что обусловлено ухудшением режима влажности и механическими обработками.

Таблица 2 — Плотность сложения (0-30 см) чернозёма выщелоченного в _севооборотах (отбор проводился в июле), г/см3_

Севооборот (Фактор А) Годы (Фактор В) Отклонение, % относительно 2006 г.

2006 2007 2008 2009 2010 2008 г. 2010 г.

Зернопаровой 1,12 1,18 1,18 1,20 1,05 5,4 -6,3

Зернотравяной 1,15 1,15 1,20 1,00 1,20 4,3 4,3

Зернотравяной с занятым паром 1,08 1,08 1,15 . 1,2 1,16 6,5 7,4

Травопольный 1,15 1,20 1,22 1,15 1,10 6,1 -4,3

НСР05 по фактору Л-0,05; по фактору В-0,06 г/'см1

Плотность сложения пахотного слоя (0-30 см) в зернотравяном с занятым паром севообороте также существенно не отличалась от других севооборотов -за годы исследований она варьировала от 1,08 до 1,20 г/см3. В 2008 году этот показатель увеличился до 1,15 г/см3, что на 6,5% выше значений перед закладкой опыта. К 2010 г. превышение составило 7,4% относительно 2006 г.

Травопольный севооборот по системе обработки почвы существенно отличается от остальных изучаемых севооборотов, прежде всего, тем, что глубокая обработка проводилась только перед посевом многолетних трав (2006 г.). Несмотря на отсутствие механической обработки, плотность сложения пахотного слоя не имела существенных отличий от предыдущих севооборотов - варьирование было в пределах от 1,10 до 1,20 г/см3. Необходимо отметить четкую тенденцию увеличения плотности сложения в первые два года пользования многолетними травами — плотность сложения возросла на 6,1 % относительно первоначальных значений и достигла 1,22 г/см3, что объясняется проявлением совокупности факторов самоуплотнения и сильным иссушением пахотного слоя.

Структурно-агрегатный состав почвы. Зернопаровой севооборот не оказывает существенного влияния на структурно-агрегатный состав чернозёма выщелоченного: коэффициент структурности составил 2,7-2,8 ед. при средневзвешенном диаметре агрегатов 3,6-3,7 мм; содержание водопрочных агрегатов 0,25-10 мм за ротацию снизилось с 51,5 до 49,2% (таблица 3).

Таблица 3 - Структурно-агрегатный состав пахотного чернозема выщелоченного __в севооборотах__

Севооборот Коэффициент структурности (сухое просеивание) Содержание водопрочных агрегатов 10-0,25 мм, %

2006 г. 2010 г. изменение, % 2006 г. 2010 г. изменение, %

Зернопаровой 2,8 2,7 -2,5 51,5 49,2 -4,5

Зернотравяной с занятым паром 2,7 2,5 -6,3 51,0 48,0 -5,9

Зернотравяной 2,5 3,1 21,6 53,9 56,1 4,1

Травопольный 2,7 4,4 64,9 51,2 60,6 18,4

НСРоз 0,1 0,2 - 2,5 2,4 -

Зернотравяной с занятым паром севооборот способствует ухудшению структурно-агрегатного состава чернозёма выщелоченного: коэффициент структурности снизился на 10,9% за ротацию севооборота и достиг к 2010 г. 2,5 ед.; содержание водоустойчивых агрономически ценных агрегатов снизилось с 50,4 до 47,8%. Зернотравяной и травопольный севообороты оказывают положительное влияние на структурную организацию пахотного слоя чернозёма выщелоченного: коэффициент структурности после ротации составил 3,1 и 4,4 ед. соответственно.

Многолетние травы травопольного севооборота способствовали первичному структурообразованию - содержание агрегатов < 0,25 мм при мокром просеивании за 4 года снизилось с 44,3 до 35,3%, а средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов увеличился с 1,7 до 2,0 мм.

Поровое пространство. Зернопаровой севооборот способствует уменьшению полезного объёма пор (агрегатная порозность) в слое 0-50 см до 34% от объёма почвы. Система обработки почвы этого севооборота поддерживает формирование пахотного горизонта с высокой межагрегатной порозностью (20% от объёма почвы) и способствует появлению крупных пор в слое 30-50 см, где за ротацию севооборота этот показатель увеличился с 12 до 17% от объёма почв.

Зернотравяной и травопольный севообороты улучшают качество порового пространства в слое 0-50 см чернозёма выщелоченного - межагрегатная порозность остается на уровне 9-13% от объёма почвы. Однолетняя травянистая растительность (зернотравяной с занятым паром севооборот) приводит к распылению структурных агрегатов и заполнению мелкоземом крупных пустот, что негативно отражается на межагрегатной порозности, которая за ротацию достигала минимальных значений в слое 0-30 и 30-50 см: до 7 и 2% от объёма почвы соответственно.

Запасы доступной влаги в почве. В среднем за годы исследований запасы доступной влаги в метровом слое чернозёма выщелоченного варьировали незначительно - 148-150 мм, отсутствие отличия по вариантам в данном случае обусловлено нивелированием осадков в осенне-зимний период. В слое 0-20 см запасы доступной влаги составляли 17-21 мм, что соответствовало умеренно-увлажненному состоянию. В зернопаровом севообороте запасы доступной влаги в слое 0-100 см к моменту уборки снизились до 135 мм, расход воды составил 14 мм, это 9,5% от первоначальных запасов. В слое 0-20 см запасы доступной влаги оставались на прежнем уровне - 19-23 мм (таблица 4).

Отсутствие значительных изменений объясняется влиянием осадков, выпадающих в вегетационный период. Минимальный расход воды, доступной для растений, был в зернотравяном севообороте - 7 мм. Запасы доступной влаги в метровом слое перед уборкой составили 143 мм, что соответствовало умеренно-увлажнённому состоянию.

Зернотравяной с занятым паром севооборот, отличающийся от предыдущего наличием однолетнего растительного компонента, характеризовался высоким расходом воды в годы исследований. За вегетацию запасы воды доступной для растений, снизились со 148 до 126 мм, расход при этом достиг 22 мм, что составляет 14,8% от весенних запасов метрового слоя. Максимальное снижение

б

запасой доступной влаги в метровом слое было отмечено в зернотравяном севообороте — к уборке расход воды составил 25 мм.

Таблица 4 - Влияние севооборотов на динамику запасов доступной влаги в

слое 0-20 и 0-100 см чернозёма выщелоченного, мм, 2007-2010 гг.

Севооборот 11еред посевом Перед уборкой Расход воды в слое 0-100 см, мм

0-20 см 0-100 см 0-20 см 0-100 см

Зернопаровой 19 148 23 135 14

Зернотравяной 17 150 21 143 7

Зернотравяной с занятым паром 20 148 18 126 22

Травопольный 21 149 21 124 25

НСР05 2 8 / 7 -

В данном севообороте запасы доступной влаги в метровом слое перед уборкой были минимальны среди изучаемых вариантов — 124 мм, что объясняется мощным иссушающим эффектом многолетней травянистой растительности, особенно в первые годы произрастания.

Минимальный расход воды, требуемый для создания одной тонны кормовых единиц, приходился на яровую пшеницу: 71,3-82,3 мм. Однолетние и многолетние травы расходовали значительно больше воды - 100-163,3 мм. В условиях северной лесостепи Тюменской области однолетние травы и высеваемая после них озимая рожь на зеленый корм нерационально расходуют воду - коэффициент водопотреблсния составляет 127,4 и 153,6 мм/т к. ед. соответственно (рисунок 1).

Рисунок 1 — Коэффициенты водопотребления культур севооборотов, мм/т к. ед., 20072010 гг.

Наиболее эффективным в условиях неустойчивого увлажнения являются зернопаровой севооборот (Кв=71,3-78,5 мм/т к. ед.) и зернотравяной (Кв = 82,8100,4 мм/т к. ед.). Выводное поле многолетних трав после трех лет использования начинает неэффективно использовать запасы почвенной влаги и осадков — коэффициент водопотребления возрастает до 163,3 мм/т.к.ед.

3.2 Агробиологические показатели Гумусное состояние. Расчёт баланса гумуса по методике ВНИПТИУОУ показал, что зернопаровой севооборот выделялся максимальной минерализацией гумуса - 4,2 т/га за ротацию. Причина этого состоит в наличие раннего пара в составе севооборота. В зернопаровом севообороте общая гумификация растительных остатков составила 2,9 т/га, из которых на пожнивно-корневые остатки (ПКО) и солому приходилось соответственно 1,6 и 1,3 т/га. Несмотря на измельчение и запашку соломы, баланс гумуса данного севооборота оказался отрицательным - 1,4 т/га (таблица 5).

Таблица 5 — Баланс гумуса за ротацию севооборотов (расчёт по методике _________ВНИПТИУОУ)__

Севооборот Минерализация гумуса, т/га Гумификация растительных остатков, т/га

ПКО* солома сумма баланс гумуса, т/га

Зернопаровой 4,2 1,6 1,3 2,9 -1,4

Зернотравяной 2,3 2,1 0,4 2,4 0,2

Зернотравяной с занятым паром 2,7 1,8 0,8 2,6 -0,1

Травопольный 2,5 5,3 0,0 5,3 2,8

(ПКО) - Пожнивно-корневые остатки

Введение в севооборот многолетнего компонента (зернотравяной и зерно-травяной с занятым паром севообороты) уменьшило массу растительных остатков, поступающих в почву. Гумификация составила 2,4 т/га. Севооборот также характеризовался минимальной минерализацией - 2,3 т/га среди изучаемых севооборотов. Расчёт баланса гумуса под зернотравяным с занятым паром севооборотом также показывает стабилизацию гумусного состояния, однако в отличие от предыдущего севооборота тенденции накопления гумуса в пахотном чернозёме выщелоченном не проявляется. Положительная динамика гумуса, как показал расчёт его баланса, выделяется только в травопольном севообороте, что находит отражение при анализе запасов гумуса в слое 0-50 см чернозёма выщелоченного. Как показал расчёт, его запасы за ротацию травопольного севооборота возросли с 363 до 372 т/га (рисунок 2), причем в слое 0-30 см образовалось 8,0 т гумуса и лишь 1,0 т в слое 30-50 см. Ротация зернотравяного севооборота позволяет также накопить до 9 т гумуса в слое 0-50 см чернозёма выщелоченного, что ставит его в один ряд с травопольным севооборотом.

Рисунок 2 - Динамика запасов гумуса в слое 0-50 см чернозёма выщелоченного после ротации севооборотов, т/га (НСР05 для слоя: 0-30 см - 12; 30-50 см - 4 т/га)

Сравнение запасов гумуса по слоям также выявляет особенность его аккумуляции в слое 0-30 см и отсутствие видимого эффекта в слое 30-50 см.

Цел л юл о) о разложен и е зависит не только от системы севооборотов и уровня минерального питания, но и от погодных условий конкретного года. В первом поле зернопарового севооборота минимальная биологическая активность пахотного слоя чернозема выщелоченного отмечалась в 2008 году, где она составляла 45,8% за три месяца экспозиции. В 2009 и 2010 гг. разложение целлюлозы возросло до максимальных величин - 57,1-57,7% от исходной массы. Изучаемые севообороты не оказывают влияния на биологическую активность по отдельным слоям чернозема выщелоченного. Наиболее активен слой 10-20 см, так как в нем складываются благоприятные для микроорганизмов условия (температурный и питательный режимы, относительно постоянная влажность).

3.3 Агрохимические показатели Пищевой режим. За ротацию зернопарового севооборота расход нитратного азота составил 29 кг/га, несмотря на наличие раннего пара, где было накоплено дополнительно 15 кг/га данного элемента питания. Выращивание яровой пшеницы в течение трех лет способствовало дополнительному расходу нитратного азота в количестве 44 кг/га помимо внесенных минеральных удобрений. Наличие бобового компонента в условиях Зауралья не обеспечивает накопление нитратного азота - расход за ротацию зернотравяного севооборота составил 22 кг/га. Аналогичная ситуация прослеживается и в зерногравяном с занятым паром севообороте. Выращивание многолетних трав обеспечивает положительный баланс нитратов, несмотря на то, что в первые два года потребление азота питания превышало его накопление (рисунок 3).

Наличие бобового компонента в севообороте может положительно отразиться на микробиологической активности почвы и увеличить количество азота текущей нитрификации. Как показали наши исследования, смесь клевера и донника, посеянная под покров однолетних трав, позволяет увеличить текущую нитрификацию до 102 кг/га, что на 34-79% выше значений яровой пшеницы в зернопаровом севообороте. Последующие культуры зернотравяного севооборота, несмотря на различную биологию растений, не оказали влияния на азот текущей нитрификации, которая варьировала в пределах 64-72 кг/га. Зернотравя-ной с занятым паром севооборот, отличающийся от предыдущего отсутствием многолетнего бобового компонента, выделяется среди изучаемых севооборотов минимальной нитрификацией под предшественниками первой группы (однолетние травы, поукосно озимая рожь; озимая рожь на зелёный корм), которая составила 47 и 42 кг/га соответственно.

Рисунок 3 - Азот текущей нитрификации в культурах севооборотов, кг/га, 2007-2010 гг.

Ранний пар обеспечивает высвобождение подвижных фосфатов в количестве 40 кг/га, что потребляется уже первой пшеницей в зернопаровом севообороте. Общий расход фосфора за ротацию составил 69 кг/га, что указывает на необходимость использования фосфорных удобрений для стабилизации фосфорного режима.

Зернотравяной севооборот характеризовался нулевым балансом подвижного фосфора вследствие его накопления многолетними бобовыми травами. Замещение их на однолетний злаковый компонент (зернотравяной с занятым паром севооборот) привело к ухудшению фосфорного режима чернозема выщелоченного. За ротацию было поглощено 57 кг/га подвижных фосфатов.

Обменная кислотность. Перед закладкой опыта (2006 г.) обменная кислотность в слое 0-50 см чернозёма выщелоченного варьировала в пределах 5,6-

5,8 ед., что характерно для старопахотных чернозёмных почв лесостепной зоны Зауралья. В течение ротации изучаемых севооборотов этот показатель не претерпел серьезных изменений - отклонения были в пределах ошибки измерений (НСР05= 0,1-0,2 ед.).

4 Засоренность полей севооборотов 4.1 Количественная засоренность

В среднем за годы исследований (2007-2010) соответствовала средней степени в фазу кущения - до 10,9% и слабой степени перед уборкой - 2,5%. Наиболее часто на полях произрастали малолетние сорные растения: щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus L.), марь белая (Chenopodium album L.), аистник цикутовый (Erodium cicutarium L.), подмаренник цепкий (Galium aparine L.); из многолетних: осот полевой (Sonchus arvensis L.), вьюнок полевой (Convolvulus arvensis), будра плющевидная (Glechoma hederacea L.).

В целом по севооборотам в фазу кущения степень засорения соответствовала средней степени засорённости - 5,3-10,9%, перед уборкой в зернотравяном с занятым паром севообороте - до 3,9%, а в зернопаровом - степень засорённости 2,5%, т. е. слабая.

В зернопаровом севообороте к уборке яровой пшеницы происходило увеличение сорных растений на 6,6 шт./м2. Засорённость посевов в этот период соответствовала слабой и средней степени - 10,9%. В зернотравяном севообороте отмечено 7,9 шт./м2. Большей засорённостью характеризовался зернопаровой севооборот. Увеличение засорённости объясняется насыщенностью севооборота зерновыми культурами: три поля (75%) яровой пшеницы.

При анализе засорённости полей севооборотов перед уборкой яровой пшеницы установлено увеличение всех биологических групп сорных растений. Засорённость малолетними сорняками увеличилась с 4,0 до 13,1 шт./м2. Повторное возделывание яровой пшеницы на одном поле (зернопаровой севооборот) привело к увеличению засорённости на 6,4 шт./м2.

Засорённость посевов конкретной культуры зернотравяного севооборота с занятым паром зависела от её биологии и технологии возделывания. В среднем по зернопаровому севообороту засоренность в фазу кущения яровой пшеницы составила 40,5 шт./м2. Меньшей засоренностью характеризовались посевы озимой ржи на зелёный корм в зернотравяном и зернотравяном с занятым паром севооборотах: 7,4-8,5 шт./м2.

В среднем по севообороту с ранним паром численность сорняков составляла 32,4 шт./м . Учет засорённости посевов перед уборкой урожая показал, что в годы исследований наибольшее количество сорняков отмечено в посевах третьей пшеницы после раннего пара - 23,2 шт./м2 при сухой массе 94,8 г/м2. Засорённость по кормовому травопольному севообороту в июне составила 1,5 шт./м . Перед вторым укосом многолетних трав четвертого года пользования засорённость увеличилась до 6,4 шт./м2 в результате того, что гербициды не применялись. По севообороту засоренность составила 3,6 шт./м2.

Полученные данные по засорённости посевов севооборотов показали следующее: меньшей засорённостью посевов характеризовался зернотравяной севооборот за счёт положительной агротехнической оценки озимой ржи по отно-

11

шению к сорным растениям; увеличение доли яровой зерновой культуры (яровая пшеница) до 50-75% привело к увеличению засорённости в результате меньшей конкурентной способности с сорняками.

4.2 Компоненты агрофитоценоза.

В изучаемом агрофитоценозе выделено два компонента: яровая пшеница и сорные растения в количестве 21 вида. В среднем за годы исследований (20072010) в фазу кущения культурный компонент составил 500,0-531,8 шт./м" при средней степени засорённости - 5,9-10,9% (рисунок 4).

1о Кущение Ш Перед уборкой [

Рисунок 4 - Степень засорённости посевов яровой пшеницы в севооборотах, 2007-2010 гг., %

Большее количество растений пшеницы (531,8 шт./м2) отмечалось в зерно-травяном севообороте при меньшей степени засорённости - 5,6%. К уборке количество растений яровой пшеницы уменьшилось на 47,5-80,5 шт./м в зерно-паровом севообороте, на 67,8 шт./м2 - в зернотравяном и на 36,5-52,5 шт./м - в зернотравяном с занятым паром, при этом степень засорённости составила 2,56,6%, что соответствует от слабой до средней степени засорённости.

5 Продуктивность севооборотов 5.1 Структура урожая яровой пшеницы по севооборотам.

Продуктивная кустистость как один из важных признаков структуры урожая изменялась от 1,00 до 1,24. В 2007 г. число продуктивных стеблей по севооборотам варьировало в пределах 417-524 шт./м2 при большей кустистости - 1,46 и массе 1000 зерен - 36,7 г. Наибольшее число стеблей яровой пшеницы - 524 шт./м2 было после раннего пара при массе 1000 зерен - 36,7 г. Число продуктивных стеблей пшеницы после озимой ржи составило 523 шт./м (зернотравя-ной севооборот) и 516 шт./м2 (зернотравяной с занятым паром) при наименьшей кустистости - 1,01 ед. В 2008 г. показатели структуры урожая яровой пшеницы

были значительно ниже в сравнении с 2007 г., из-за неблагоприятных погодных условий.

Число продуктивных стеблей с колосом по всем севооборотам варьировало в пределах 447-502 шт./м2, при продуктивной кустистости 1,08-1,23. В среднем за годы исследований (2007-2010) количество продуктивных стеблей варьировало в пределах 427-540 шт./м2, колебания по годам исследований: минимальное количество стеблей отмечено в 2007 г. - 427 шт./м2, а максимальное - 556 шт./м2 в 2010 г. За годы исследований наибольшее число продуктивных стеблей - 540 шт./м' было отмечено на первой пшенице после раннего пара, а наименьшее -467 шт./м - на второй пшенице в зернотравяном с занятым паром севообороте. Продуктивная кустистость по севооборотам составила 1,00-1,24.

5.2 Урожайность культур изучаемых севооборотов

Урожайность яровой пшеницы, выращиваемой два года после раннего пара, составила 3,14-3,18 т/га (рисунок 5). Последующее размещение яровой пшеницы негативно отражается на её урожайности - в среднем за 2007-2010 гг. она до 2,80 т/га. Выращивание смеси клевера и донника в течение 2 лет характеризовалось урожайностью зелёной массы - 12,5-12,8 т/га. Зелёная масса озимой ржи, убираемой в первой декаде июля, не отличалась от урожайности смеси клевера и донника. Это подтверждается урожайностью озимой ржи, убираемой на зелёный корм в зернотравяном с занятым паром севообороте, которая была на 23 % ниже и составляла 9,7 т/га.

Однолетние травы формировали меньшую вегетативную массу по сравнению с другими травами - 10,1 т/га. Эффективность однолетних трав как предшественника для зерновых культур в сравнении с ранним паром очевидна. Урожайность яровой пшеницы в течение двух лет в зернотравяном с занятым паром севообороте составляла 3,01-3,06 т/га (НСР05=0,17 т/га).

Рисунок 5 - Урожайность культур севооборотов, 2007-2010 гг., т/га НСР05 для яровой пшеницы 0,17 т/га; зеленой массы - 0,75 т/га

В травопольном севообороте многолетние травы первого года пользования не имели существенного преимущества перед кормовыми культурами в других

изучаемых севооборотах - урожайность зелёной массы составила 11,4 т/га. Второй год использования многолетних трав характеризовался увеличением зеленой массы до 42,3 т/га. После двух лет произрастания многолетних трав произошло резкое угнетение травостоя, что негативно повлияло на урожайность в третьем и четвертом поле зернотравяного севооборота. Сбор зелёной массы уменьшился соответственно до 13,6 и 8,8 т/га. Несмотря на отсутствие в травопольном севообороте зерновых культур, выход кормовых единиц и сырого протеина был максимальным - за ротацию собрано соответственно 13,7 и 2,77 т/га.

Сбор сырого протеина более чем в 2 раза выше значений зернопарового севооборота, несмотря на наличие в нём максимального количества полей, занятых зерновой культурой. Максимальный выход продукции травопольного севооборота (27,6 т КПЕ) объясняется проведением двух укосов, тогда как в зерно-травяном и зернотравяном с занятым паром севооборотах убирали травы один раз в вегетацию, что и привело к снижению выхода кормопротеиновых единиц на 44% относительно травопольного севооборота (таблица 6).

Таблица 6 - Продуктивность севооборотов, 2007-2010 гг., т/га севооборотной

площади

Севооборот к. ед., т/га Сырой протеин, т/га КПЕ

Зернопаровой 2,70 0,30 4,2

Зернотравяной 2,65 0,48 5,1

Зернотравяной с занятым паром 2,68 0,48 5,1

Травопольный 3,43 0,69 6,9

Кормовые единицы (к. ед.); кормопротеиновые единицы (КПЕ)

Наличие раннего пара в зернопаровом севообороте негативно отразилось на сборе продукции с 1 гектара севооборотной площади - 2,7 т к. ед.; 0,30 т сырого протеина, что соответствовало 4,2 т КПЕ. Несмотря на наличие 1-2 полей с зерновыми культурами, эффективность зернотравяного и зернотравяного с занятым паром севооборотов была выше - 5,1 т КПЕ, что на 21% больше значений зернопарового севооборота.

Травопольный севооборот характеризовался максимальной эффективностью: на 1 гектар севооборотной площади приходилось 3,43 т к. ед. и 0,69 т сырого протеина, что соответствовало 6,9 т кормопротеиновых единиц.

6 Экономическая эффективность севооборотов Прибыль 1 гектара севооборотной площади зернопарового севооборота достигала 3453 руб. при рентабельности 50,7%. Введение в севооборот многолетних и однолетних трав (зернотравяной севооборот) приводило к снижению рентабельности до 30,4% (таблица 7).

Наибольший экономический эффект проявлялся только в зернотравяном с занятым паром севообороте за счет оптимального сочетания зерновых и травяных культур. Рентабельность этого севооборота составила 73,5%. Травопольный севооборот характеризуется минимальными затратами на единицу площа-

ди, что дает возможность получить прибыль в размере 5475 руб./га при рентабельности 114,1%.

Таблица 7 - Экономическая эффективность севооборотов, 2007-2010 гг.

Севооборот Затраты, руб./га Себестоимость продукции, руб./т. к. ед. По стоимости 1 кормовой единицы По стоимости товарной продукции*

Стоимость продукции, руб./га с.п. Прибыль, руб./га Рентабельность, % Стоимость продукции, руб./га с.п. Прибыль, руб./га Рентабельность, %

Зернопаровой 6808 2521 8100 1293 19,0 10260 3453 50,7

Зернотравяной 6615 2496 7950 1335 20,2 8627 2012 30,4

Зернотравяной с занятым паром 6183 2311 8025 1843 29,8 10725 4543 73,5

Травопольный 4800 1401 10275 5475 114,1 10275 5475 114,1

Цена реализации 1 тонны яровой пшеницы - 4500; овса - 3000 руб./тонн У-

ВЫВОДЫ

1. Культуры изучаемых севооборотов не влияли на плотность сложения пахотного слоя (0-30 см) чернозема выщелоченного, которая варьировала в пределах 1,00-1,22 г/см . Плотность сложения подпахотного слоя зависела от условий увлажнения и в отдельные годы (2007 и 2008 гг.) достигала 1,40-1,55 г/см3.

2. Эффективно расходовали влагу зернопаровой севооборот (Кв=71,3-78,5 мм/т к. ед.) и зернотравяной (Кв = 82,8-100,4 мм/т к. ед.) севообороты. Минимальный расход влаги приходится на яровую пшеницу - 71,3-82,3 мм. Однолетние и многолетние травы расходовали 100-163 мм доступной влаги.

3. Наличие раннего пара в зернопаровом севообороте усиливало минерализацию гумуса, которая за ротацию составила 4,2 т/га. Измельчение и запашка соломы яровой пшеницы стабилизировали гумусное состояние чернозема выщелоченного: запасы гумуса за 4 года не изменились и составили 359-361 т/га из которых 75% приходилось на пахотный слой. После ротации зернотравяного с занятым паром севооборота запасы гумуса в пахотном горизонте возросли с 279 до 286 т/га, тогда как в слое 30-50 см они уменьшились на 4 тонны. За ротацию травопольного севооборота запасы гумуса в слое 0-50 см возросли с 363 до 372 т/га, за счет гумификации корневых остатков в слое 0-30 см, с увеличением глубины изменений не было.

4. Расход доступного для растений азота за ротацию зернопарового севооборота составил 29 кг/га, что на 30% выше значений зернотравяного севооборота вследствие ухудшения нитрификации. Горохо-овсяная смесь и озимая рожь на зеленый корм не оказывают положительного влияния на азотный режим чернозема выщелоченного.

5. Ранний пар в условиях северной лесостепи накапливает до 40 кг/га доступного для растений фосфора, что недостаточно для стабилизации чернозема выщелоченного. Многолетние бобовые травы, используемые в зернотравяном севообороте, формируют урожай за счет естественных запасов фосфора и обеспечивают следующие за ними культуры доступным фосфором. Зернотравяной с занятым паром севооборот, где используется горохо-овсяная смесь, характеризуется ухудшением фосфорного режима чернозема выщелоченного. Расход фосфатов за ротацию составил 57 кг/га.

6. Увеличение доли яровой пшеницы в севооборотах до 50-75% приводило к увеличению засорённости перед уборкой на 6,4 шт./м .

7. Лучшие условия для роста и развития яровой пшеницы складывались при возделывании ее после раннего пара, где продуктивная кустистость составила 1,24 ед., что на 11% выше значений яровой пшеницы, после однолетних трав.

8. Урожайность яровой пшеницы в зернопаровом и зернотравяном севооборотах составила 3,01-3,05 т/га. В зернотравяном с занятым паром севообороте урожайность яровой пшеницы снижалась до 2,74 т/га. Урожайность клевера и донника в зернотравяном севообороте достигает 12,5-12,8 т/га зелёной массы, что на 27% выше урожайности однолетних трав. Наличие бобового компонента в зернотравяном севообороте положительно сказывалось на урожайности озимой ржи, убираемой на зелёную массу. Однолетние травы, как предшественник, снижали урожайность зеленой массы озимой ржи до 9,7 т/га. Наибольшая урожайность многолетних трав (42,3 т/га зеленой массы) сформирована во второй год пользования. В третий и четвертый годы пользования сбор зеленой массы многолетних трав уменьшился до 13,6 и 8,8 т/га.

9. Наиболее продуктивными были травопольный и зернопаровой севообороты, где было получено 3,43 и 2,70 т к. ед. и КПЕ 6,9 и 4,2 т/га. Отсутствие бобового компонента в зернопаровом севообороте снижало сбор кормопротеино-вых единиц на 39% относительно травопольного.

10. Экономическая эффективность зависела от чередования культур в севооборотах. Травопольный севооборот характеризовался меньшими затратами на единицу площади, что дает возможность получить прибыль в размере 5475 руб./га при рентабельности 114,1%. В зернотравяном с занятым паром севообороте рентабельность составила 73,5%. В зернопаровом севообороте прибыль достигала 3453 руб./га при рентабельности 50,7%. Введение в севооборот многолетних и однолетних трав приводило к снижению рентабельности до 30,4 %.

Предложение производству

В северной лесостепи Тюменской области рекомендуется зернотравяной севооборот с занятым паром (однолетние травы, поукосно озимая рожь; озимая рожь на зеленую массу; пшеница; пшеница). Выход продукции в кормовых единицах составил 2,68 т/га с рентабельностью 73,5%. Многолетние травы в выводном поле обеспечивали выход продукции 3,43 т к. ед./га с рентабельностью 114,1%.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ

1. Еремин Д.И. Влияние севооборотов на агрофизические свойства чернозема выщелоченного / Д.И. Еремин, А.Н. Моисеев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2012. №6. С. 26-32.

2. Моисеев А.Н. Оценка севооборотов по влагообеспеченности культур в условиях лесостепной зоны Зауралья / А.Н. Моисеев, Д.И. Еремин // Аграрный вестник Урала. 2012. № 11. С. 18-20.

3. Еремин Д.И. Роль севооборотов в структурной организации пахотного слоя чернозема выщелоченного в условиях лесостепной зоны Зауралья Достижения науки и техники АПК / Д.И. Еремин, А.Н. Моисеев // Достижения науки и техники АПК. 2012. №12. С. 21-23.

4. Еремин Д.И. Влияние севооборотов на гумусное состояние чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья / Д.И. Еремин, А.Н. Моисеев //Агропродовольственная политика России. 2012. №12. С. 57-60.

5. Моисеев А.Н. Роль севооборотов в формировании порового пространства пахотного горизонта чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья / А.Н. Моисеев, Д.И. Еремин // Аграрный вестник Урала. 2013. №1. С. 14-16.

6. Моисеев А.Н. Влияние севооборотов на фосфорный режим чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья / А.Н. Моисеев, Д.И. Еремин // Аграрный вестник Урала. 2013. № 2(108) С. 4-6.

7. Еремин Д.И. Влияние севооборотов на динамику нитратов в черноземе выщелоченном лесостепной зоны Зауралья / Д.И. Еремин, А.Н. Моисеев // Достижения науки и техники АПК. 2013. №З.С. 12-14.

8. Еремин Д.И. Продуктивность севооборотов на черноземе выщелоченном в северной лесостепи Тюменской области / Д.И. Еремин, А.Н. Моисеев // Земледелие. 2013. №5. С. 10-11.

Другие публикации

9. Моисеев А.Н. Роль севооборотов в стабилизации гумусного состояния старопахотного чернозема выщелоченного в северной лесостепи Тюменской области / А.Н. Моисеев, Д.И. Еремин // Вестник Тюменской ГСХА. Тюмень, 2013. №1(20). С. 7-11.

10. Моисеев А.Н. Формирование урожайности яровой пшеницы в полевых севооборотах северной лесостепи Тюменской области / А.Н. Моисеев, М.А. Коноплин, В.В. Рзаева // Междунар. науч.-практ. конф. Сибак, 2013. С. 26-32.

11. Моисеев А.Н. Продуктивность травопольного севооборота в условиях лесостепной зоны Зауралья / А.Н. Моисеев, М.А. Коноплин // Научные инновации - аграрному производству: Мат. междунар. науч.-практ. конф. посвященная 95-летнему юбилею агрономического факультета. Омск, 2013. С. 98-101.

Подписано в печать 25.12.2013 г. Тираж 120 экз. Печать трафаретная. Заказ 087. Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Моисеев, Анатолий Николаевич, Тюмень

ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет

Северного Зауралья»

На правах рукописи

04201456034

Моисеев Анатолий Николаевич

Продуктивность севооборотов и плодородие чернозёма выщелоченного в северной лесостепи Тюменской области

06.01.01. общее земледелие, растениеводство

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Руководитель:

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор Федоткин В.А.

Тюмень 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение............................................................................................................................................3

Глава 1 Состояние изученности вопроса................................................................................6

Глава 2 Условия и методика проведения исследований............................................29

2.1. Агроклиматические условия в годы проведения исследований ... 29

2.2. Почвенные условия (характеристика почвы опытного поля)............37

2.3. Схема и агротехника опытов............................................................................................44

2.4. Методика учетов и наблюдений....................................................................................47

Глава 3 Влияние севооборотов на плодородие чернозёма выщелоченного ^

3.1. Агрофизические показатели............................................................................................50

3.2. Агробиологические показатели....................................................................................83

3.3. Агрохимические показатели............................................................................................95

Глава 4 Засорённость полей севооборотов............................................................................111

4.1. Количественная засорённость........................................................................................111

4.2. Компоненты агрофитоценоза........................................................................................115

Глава 5 Продуктивность севооборотов....................................................................................117

5.1. Структура урожая яровой пшеницы по севооборотам............................117

5.2. Урожайность культур изучаемых севооборотов..........................................119

Глава 6 Экономическая эффективность севооборотов........................

Выводы..............................................................................................................................................129

Предложения производству............................................................................................131

Библиографический список............................................................................................132

Приложения....................................................................................................................................155

Введение

Севообороты были и остаются ключевым звеном современных систем земледелия, способствующим рациональному использованию сельскохозяйственных угодий, воспроизводству плодородия пашни, её защиты от эрозии и вредных организмов.

В Западной Сибири, как в зоне рискованного земледелия, роль севооборотов наиболее актуальна, так как именно законы плодосмена позволяют уменьшить влияние неблагоприятных почвенно-климатических условий и дают возможность получать продукцию по себестоимости, не уступающей ведущим сельскохозяйственным областям России.

В научно обоснованной схеме севооборота заложена возможность эффективного использования почвенного плодородия, средств химизации, биологического потенциала сельскохозяйственных культур, агроклиматических ресурсов, - тепла и атмосферных осадков, удобрений, средств защиты растений, сельскохозяйственных машин, трудовых ресурсов с целью получения высокого урожая при одновременном сохранении и повышении плодородия почвы и охране окружающей среды. Севооборот считается центральным звеном современных зональных агроландшафтных систем земледелия. Он объединяет все другие звенья систем земледелия: систему обработки почвы и защиты от эрозии, систему удобрений, защиты растений от вредителей, болезней и сорняков, систему семеноводства и т.д.

В настоящее время в структуре посевных площадей Западно-Сибирского региона сложился дисбаланс между зерновыми и кормовыми культурами, являющийся следствием рыночных отношений в России. По данным департамента сельского хозяйства Тюменской области, зерновыми культурами занято более 60% пашни, тогда как на долю кормовых культур приходится менее 30%, что указывает на явный дисбаланс в структуре посевных площадей.

Цель работы. Установить влияние культур на продуктивность севооборотов и плодородие чернозёма выщелоченного.

В задачи исследований входило:

1. Изучить влияние севооборотов на:

агрофизические и агробиологические показатели чернозёма

выщелоченного;

- пищевой режим возделываемых культур севооборотов;

- засорённость посевов и компоненты агрофитоценоза.

2. Сравнить продуктивность севооборотов.

3. Рассчитать экономическую эффективность севооборотов.

Новизна исследований. В условиях северной лесостепи Тюменской области изучены севообороты с различной насыщенностью зерновыми и кормовыми культурами, позволяющие стабилизировать почвенное плодородие и получить больше зерна и зеленой массы с положительным экономическим эффектом.

Практическая значимость.

Наиболее продуктивными являются травопольный и зернопаровой севообороты, где сбор с одного гектара севооборотной площади составил 3,43-2,70 т к. ед. и 6,9 и 4,2 т КПЕ.

Объект исследований. Севообороты, чернозём выщелоченный, яровая пшеница, кормовые культуры.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях (Тюмень, 2008, 2009); международной научно-практической конференции (Омск, 2013); научных семинарах кафедры земледелия ГАУ Северного Зауралья.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в т.ч. 8 работ в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ.

Защищаемое положение.

Травопольный и зернопаровой севообороты высокорентабельны, имеют устойчивую продуктивность, обеспечивают и сохраняют плодородие чернозема выщелоченного.

Объём работы. Диссертация изложена на 172 страницах, состоит из введения, 6 глав, 10 выводов, предложения производству, списка литературы,

включающего 264 источника, в т.ч. 4 иностранных, и 21 приложений. Содержит 32 таблицы и 11 рисунков.

За оказанную помощь при обсуждении методики исследований и подготовке рукописи к защите автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.с.-х. наук, профессору В.А. Федоткину, к.с.-х.н., доценту В.В. Рзаевой, к.с.-х.н., доценту М.А. Коноплину, а также всем сотрудникам и студентам Агротехнологического института ГАУ Северного Зауралья, непосредственно принимавшим участие в проведении исследований.

Глава 1 Состояние изученности вопроса

Севооборот считается важнейшим звеном в системе земледелия и представляет собой перспективный план размещения сельскохозяйственных культур с соответствующими агротехническими, мелиоративными и организационными мероприятиями. Научно обоснованное чередование культур многосторонне влияет на плодородие почвы и урожайность, способствует эффективной борьбе с сорняками, вредителями сельскохозяйственных культур и их болезнями, улучшает физико-химические свойства почвы, водный и питательный режимы. В севообороте можно получить планируемый урожай с учетом полного использования природных ресурсов (тепла, влаги, почвенных условий).

Внедрение прогрессивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур в условиях всех форм собственности возможно при условии освоенных севооборотов. Многолетние опыты передовых хозяйств свидетельствуют о высокой эффективности севооборотов в повышении плодородия почвы и урожайности культур. Положительное влияние севооборота на повышение урожая сельскохозяйственных культур было известно давно. Ещё римские агрономические писатели в своих сочинениях отмечали необходимость чередования культур. Вергилий в поэме «Георгики» писал, что, сменяя плоды, поля предаются покою. Возделывание растений приводит к отравлению почвы и накоплению в ней ядов, а также к истощению запаса питательных веществ. Плиний Старший советовал посев пшеницы чередовать с посевом бобов, люпина или вики, улучшающими почву. Выяснить причины падения урожаев при бессменных посевах стало возможным только с развитием естественных наук.

В России теоретические основы плодосмена развили видные ученые А. Т. Болотов, И. М. Комов, А. В. Советов, П. А. Костычев, В. Р. Вильяме и др. Каждая теория чередования культур на соответствующем этапе развития земледелия имела определенное значение, однако дальнейшее развитие науки и практический опыт показали, что были и недостатки. Авторы пытались отметить значение чередование культур под углом зрения отдельных моментов, которые им представлялись решающими. Верно подмеченная та или иная причина бла-

6

гоприятного влияния севооборота на урожайность сельскохозяйственных культур выделялась из всей совокупности взаимосвязанных факторов, обусловливающих, в конечном счете, тот эффект, который наблюдался в практическом земледелии. Известный русский агроном А.Т. Болотов в статье «О разделении полей» ещё в 1771 г. писал, что: «...севооборот является таким общим приемом в земледелии и во всем сельском хозяйстве, при помощи которого перестраивается и совершенствуется сама основа сельскохозяйственного производства, что введение севооборота оказывает влияние на все отрасли сельского хозяйства...» (Цит. по Наволоцкий A.C., Бузмаков В.В. 1972).

Необходимость введения плодосмена вытекала из многочисленных факторов, которые показывали, что длительное возделывание одной и той же культуры на одном месте приводит к ухудшению плодородия почвы и к снижению урожая (Юферов В.А., 1970). Учение о севооборотах особенно резко шагнуло вперед после научного объяснения роли бобовых культур в земледелии (18371886 гг.) в результате выдающихся исследований Ж.Б. Буссенго, М.С. Воронина и Г. Гельригеля (Нарциссов В. П., 1982).

Начало изучения севооборотов в Сибири относится к тридцатым годам XIX столетия. В то время на опытном хуторе Сибирского линейного казачьего войска (на месте нынешнего СибНИИСХоза) первые сибирские агрономы Щербаков и Обухов изучали плодопеременный и паровой севообороты. Во второй половине XX века в лесостепной зоне Западной Сибири И.Д. Константиновым (1974); А.Ф Неклюдовым (1990); В.А. Федоткиным и Н.В. Абрамовым (1992) проведены достаточно подробные исследования, направленные на совершенствование системы обработки почвы на основе комбинированных приемов в севооборотах зернового направления. Данные исследования легли в основу разработки научно-обоснованных принципов севооборотов на чернозёмных почвах и выявлены лучшие предшественники для зерновых культур.

Во многих хозяйствах часто меняющаяся и нерациональная структура посевных площадей, несоблюдение севооборотов ведёт к бессистемности в зяблевой обработке почвы, повышению её энергоёмкости, засорённости полей, уве-

личению расходов на применение гербицидов. В результате отказа от севооборотов, как отмечал В.М Новиков, (2008), элементы системы земледелия имеют низкую эффективность и не выполняют свои основные функции — регулирования почвенных свойств и режимов, а также защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Бессистемное использование пашни ведёт к недобору продукции. При повторном и бессменном посеве зерновых (особенно пшеницы и ячменя) резко снижается их урожайность. По данным полевых опытов НИИСХ Северного Зауралья и Ишимской опытной станции, бессменное размещение пшеницы до 3 лет вело к недобору на каждом гектаре 0,5-0,6 т зерна, а при более длительном - до 1,0 и более (Хохлов Л.Н., 1984).

Структурная реорганизация сельскохозяйственных предприятий и появление на месте колхозов и совхозов крестьянско-фермерских хозяйств привело к исчезновению классических севооборотов, развернутых как в пространстве, так и во времени. Стремление к максимальному снижению затрат привело к сокращению объёмов применения средств химической защиты и удобрений, в результате чего возросла засорённость полей и стал более выражен дисбаланс органического вещества (Березин Л.В., 2003).

Хозяйства, реагируя на конъектуру рынка, стали выращивать одну культуру или группу культур, сходных по биологии, что усугубило проблемы сохранения и повышения плодородия почвы, защиты сельскохозяйственных культур от сорняков, вредителей и болезней, поэтому роль севооборотов в мелких хозяйствах становится всё более важной (Неклюдов А.Ф., 1990).

По мере повышения уровня химизации, как отмечают некоторые исследователи, роль севооборотов снижается, однако результаты длительных исследований, охватывающих 10-15-летний временной промежуток с использованием бессменных посевов на фоне высоких доз минеральных удобрений, показали необоснованность отказа от севооборотов (Неклюдов А.Ф., 1990; Абрамов Н.В., 1992; Бородин В.А., 1992).

Эффективность любого севооборота зависит, прежде всего, от предшественника, поэтому в теории обоснования севооборотов прибегали к разделению

возделывания культур на категории улучшающих и истощающих плодородие почв. С исторической точки зрения, севообороты разрабатывались для стабилизации какого-то конкретного показателя плодородия: гумуса, азота, агрегатного состояния, формирования водоустойчивой макроструктуры. Однако, как отмечал С.А. Воробьев (1979), необходим системный подход к факторам, определяющим плодородие почвы и конкретным почвенно-климатическим условиям.

В северной лесостепи Западной Сибири основными факторами, сдерживающими рост урожайности сельскохозяйственных культур и повышения плодородия, можно назвать: неудовлетворительный питательный режим, неравномерное распределение осадков в течение вегетации, высокая потенциальная засорённость почвы. Поэтому роль севооборотов в современных условиях становится очевидной (Сдобников С.С., 1994; Власенко А.Н., 1995; Юшкевич JI.B., 2001).

Агрономическая наука и производственный опыт показывают, что на современном уровне развития производительных сил общества одним из наиболее эффективных приёмов расширенного воспроизводства плодородия почв с одновременным повышением урожайности сельскохозяйственных культур являются правильно подобранные севообороты. Не требуя практически дополнительных затрат труда и средств они позволяют значительно повысить урожай большинства полевых культур, увеличить производительность труда в сельском хозяйстве и уменьшить прямые затраты (Наволоцкий A.C., Бузмаков В.В. 1972).

Академик Д.Н. Прянишников (1953) в своих работах также отмечал, что: «причины, по которым правильное чередование культурных растений в севообороте оказывается более продуктивным, чем непрерывное возделывание одной и той же культуры (или более или менее одинаковых по своим свойствам растений), можно разделить на 4 группы:

- Причины химического порядка, т.е. различия в химическом составе растений и в особенностях потребления ими питательных веществ;

- Причины физического порядка, т.е. различия в состоянии почвы и её

влажности после уборки разных культур;

- Причины биологического порядка, т.е. разное отношение культуры к болезням, вредителям и сорным растениям;

- Причины экономического порядка, т.е. различия в количестве и распределении времени труда, которого требуют культуры, их разное значение для хозяйства».

Проведя детальный анализ причин нарушения севооборотов И.А. Вольтере, (2007) выделил две основные причины. Первая - резкое сокращения животноводческой отрасли, что повлекло за собой сокращение площади кормовых культур, особенно многолетних и однолетних трав. Как показала практика, эти культуры считаются обязательными компонентами большинства севооборотов и хорошими предшественниками для ценных зерновых и технических культур, в том числе и озимой пшеницы. Поэтому восстановление севооборотов возможно только в условиях хорошо развитого животноводства, требующего больших площадей под кормовые культуры (Столяров Д.П., Панченко В.Е., 2008; Храмцов И.Ф., 2009). Вторая причина - пренебрежение севооборотами, которое допускают землепользователи, предпочитающие сиюминутную выгоду системному ведению отрасли (Листопадов И.Н., 2008).

В.Р. Вильяме (1939), обобщив данные по урожайности и плодородию пахотных почв, доказал неравнозначность предшественников в формировании урожайности культур севооборота и неоднократно акцентировал на необходимости введения многолетних трав в севообороты с целью стабилизации почвенного плодородия. В результате этого, разработанная им система земледелия так и была названа травопольной, где многолетние травы занимали в полевых севооборотах до 20-25 %. Именно им отводилась ведущая роль в восстановлении плодородия, ухудшающегося в течение ротации севооборотов.

Внедрение ресурсосберегающих технологий в сельском хозяйстве, когда происходит смена системы обработки в пользу мелкого безотвального рыхления, возникают проблемы с заделкой пожнивных остатков и распределения их по пахотному слою, которые успешно решаются только в научно обоснованных

севооборотах. Как отмечает JT.B. Орлова (2007), лишь при системном подходе, изначально заложен