Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Склоновые агроландшафты, плодородие чернозема и продуктивность севооборота в степной зоне Бурятии

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Склоновые агроландшафты, плодородие чернозема и продуктивность севооборота в степной зоне Бурятии"

На правах рукописи

Куклина Евгения Эрдэмовна

Склоновые агроландшафты^ плодородие чернозема и продуктивность севооборота в степной зоне Бурятии

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

4 АПР 2013

Улан-Удэ 2013

005051265

Работа выполнена на кафедре общего земледелия Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова»

Научный руководитель: Батудаев Антон Прокопьевич

Официальные оппоненты: Пигарева Нина Николаевна

Рузавин Юрий Николаевич

Заслуженный работник сельского хозяйства Российской Федерации, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеохимии и экспериментальной агрохимии ИОЭБ СО РАН

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, доцент Бурятской ГСХА им. В.Р.Филиппова

Ведущая организация: Бурятский НИИСХ Россельхозакадемии

Защита состоится 15 марта 2013 г. в 13.00 ч. на заседании Диссертационного совета Д 220.006.03 при ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова» по адресу: 670034, г. Улан-Удэ, ул. Пушкина, д.8. Тел./факс (301-2) 44-21-33

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Бурятской ГСХА им. В.Р. Филиппова

Автореферат разослан 14 февраля 2013 г. и размещен на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова» www.bgsha.ru и в сети интернет на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологическихдшук,

профессор ¿^о^С^ Корсунова Татьяна Михайловна

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Особенности агрономически значимых параметров плодородия склоновых почв при их длительном сельскохозяйственном использовании могут изменяться как в сторону улучшения, так и ухудшения. Это связано в первую очередь с существенной дифференциацией почв склонов от их верхней части к нижней по составу, свойствам, теплофизическим и гидротермическим параметрам, во вторую — различия в тепловлагоресурсах приводит к неоднородности в наступлении физико-технологических кондиций почвы и отзывчивости на антропогенные воздействия, направленные на создание лучших условий для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Степень разработанности. Отсутствие склоновой направленности технологий сельскохозяйственных культур в Бурятии связано со слабой научной проработанностью данной проблемы в условиях отдельных земледельческих зон и разных почв. Влияние склоновых агроландшафтов на продуктивность и плодородие черноземных почв в степной зоне республики ранее практически не рассматривалось.

Цель исследований — определить влияние склоновых агроландшафтов на плодородие чернозема и продуктивность севооборота в степной зоне Бурятии.

Задачи исследований:

- изучить состояние агрофизических и агрохимических свойств чернозема обыкновенного в зависимости от экспозиции и частей склонов;

- установить влияние частей склонов южной и северной экспозиции на эколого-агрономические свойства почвы;

- определить влияние склоновых агроландшафтов разной экспозиции на урожайность культур, продуктивность и экономическую эффективность зернопарового севооборота.

Защищаемые положения:

- свойства почвы на различных частях склонов северной и южной экспозиции определяются почвенно-климатическим потенциалом рельефа;

- черноземы на склонах, имеющих северную экспозицию, обладают лучшим потенциальным и эффективным плодородием;

- урожайность культур, продуктивность севооборота и их экономическая эффективность на различных частях склонов определяются почвенно-климатическим потенциалом агроландшафтов.

Научная новизна. Впервые в условиях степной зоны Западного Забайкалья на основе сравнительного изучения склонов разной экспозиции и их частей выявлены различия по плодородию чернозема обыкновенного, урожайности культур и продуктивности полевого севооборота.

Практическая значимость. В степных агроландшафтах Западного Забайкалья установлена необходимость дифференцированного использования склоновых пахотных земель. Выявленные особенности формирования урожаев культур севооборота на различных склонах и их частях могут быть использованы при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия Бурятии с учетом выраженности склонов. Это позволит сельскохозяйственным предприятиям повысить эффективность использования природных ресурсов агроландшафтов и обеспечит повышение производства и качества сельскохозяйственной продукции. Материалы работы найдут место в учебном процессе студентов агрономических специальностей и направлений высших учебных заведений.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных и научно-практических конференциях и совещаниях: международных (Саратов, 2012; Улан-Удэ, 2012), внутри-вузовских (2013), а также на заседаниях кафедры общего земледелия и Ученого совета агрономического факультета БГСХА им. В.Р.Филиппова (2010-2012 гг.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3 печатных работах, в том числе 1 работа в рецензируемом журнале.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа представляет собой рукопись объемом 203 страницы компьютерного текста, состоит из 5 глав, выводов, предложений производству и 71 приложения, содержит 13 таблиц, 30 рисунков. Список использованной литературы включает 220 наименований, из которых 8 иностранных авторов.

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена на основе личных материалов, собранных в результате исследований 20102012 гг. на опытно-агрономическом стационаре кафедры общего земледелия Бурятской ГСХА им. В.Р. Филиппова в степной зоне Бурятии. Автор принимала участие в разработке программы исследова-

ний, проводила полевые, камеральные и аналитические работы, интерпретацию экспериментального материала, математическую обработку, подготовку и публикацию основных положений диссертации.

Условия, объект и методика проведения исследований. Полевой опыт заложен на богарном участке пашни на территории СПК «Колхоз Искра» Мухоршибирского района Республики Бурятия. Почва-чернозем обыкновенный мучнисто-карбонатный, земледельческая зона - степная. Опыт проводился во времени, на двух склонах разной экспозиции - северной и южной. Заложены два полигона -трансекта. Угол наклона склона северной экспозиции - 3°06', а южной - 6°23'. Склоны имеют прямолинейный профиль.

Протяженность северного склона 850 м, южного — 760 м. Согласно классификации С.С. Соболева (1961), С.А. Захарова (1985) северный склон относится к пологому, а южный - к слабо-покатому. Согласно шкале H.A. Качинского (1965) на таких склонах сельскохозяйственная техника устойчива для проведения полевых работ. На каждом из них в верхней, средней и нижней частях выделялись делянки в четырехкратной повторности. Площадь делянки - 1 м2. Расположение делянок на каждой позиции - последовательное (поперек склона) в один ярус на расстоянии 15м друг от друга.

На исследование поставлен полевой зернопаровой севооборот: чистый пар - пшеница - овес - овес на зеленую массу. Агротехника в опыте общепринятая для степной зоны Бурятии (Система земледелия ...,1989). Фон - без удобрений. Сорта: пшеница-Бурятская 79, овес-Догой. Сроки посева: яровая пшеница - 18 мая, овса на зерно - 25 мая и овса на зеленую массу - 27 мая. Посев: серийная зерновая сеялка СЗУ-3,6. Норма высева: пшеница - 5 млн., овес на зерно и на зеленую массу - 4,5 млн. шт. зерен на 1 га. Глубина заделки семян - 6-8 см.

Метеорологические условия в годы проведения исследований сложились по-разному, но в целом были характерными для степной зоны Западного Забайкалья. Среднемноголетние показатели выпадения осадков показывают, что в зоне постановки опытов за вегетационный период сумма осадков достигает 284,1 мм, замай выпадает 25 мм, а за июнь 47,0 мм, что создает достаточно напряженное состояние по влагообеспеченности сельскохозяйственных культур в первой половине их вегетации. Периодами, наиболее обеспеченными влагой, являются июль и август. По температурному режиму район

закладки полевых опытов достаточно благоприятный для роста и развития культур севооборотов. Вместе с тем в иные годы наблюдается жаркая и засушливая погода.

В опыте определяли по общепринятым методикам: строение почвенного профиля, температуру, структурно-агрегатное состояние и плотность почвы, а также содержание влаги, биологическую активность почвы, густоту стояния растений и засоренность посевов. Натурная масса зерна определялась в соответствии с ГОСТ 10840-64, масса 1000 зерен - по ГОСТ 10842-89; общая стекловидность - по ГОСТ 10987-64 и ГОСТ 10987-76, сырая клейковина в муке — по ГОСТ 53020-2008.

При характеристике агрохимических свойств почвы использовали общепринятые методики (Аринушкина, 1970; Практикум по почвоведению..., 1986; Практикум по агрохимии..., 1987, 1989; Агрохимические методы исследований почв, 1975 и др.).

Данные урожайности приведены к 14% влажности и 100% чистоте.

Математико-статистическая обработка результатов исследований проведена методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) с использованием пакета стандартных программ «Excel» и «Snedecor».

Результаты исследований 1. Состояние изученности вопроса

Научно-обоснованное размещение сельскохозяйственных культур с учетом их требований к условиям внешней среды является основным условием эффективного использования природно-климатического потенциала. На территории Бурятии широко распространены склоны, так как более половины пахотных площадей имеют наклон. Части склонов разных экспозиций и крутизны должны использоваться дифференцированно.

В связи с недостаточной разработанностью вопроса по эффективному использованию склоновых агроландшафтов в Западном Забайкалье нами на изучение были поставлены отдельные аспекты этой проблемы в условиях чернозема мучнисто-карбонатного в степной зоне Бурятии.

2. Свойства чернозема обыкновенного на различных склонах

Морфологическая характеристика почвы. Профили почв на обоих склонах аналогичны. Они отличаются небольшой мощностью

гумусового горизонта, среднесуглинистым и суглинистым гранулометрическим составом.

При обследовании морфологических признаков почвенных профилей склонов видно, что почвы северного склона имеют более мощный гумусовый горизонт Апах. Так, если в верхней части северного склона мощность гумусового горизонта Апах составляет 0-20 см, средней 0-21 см и в нижней - 0-25 см, то на южном склоне соответственно 0-16, 0-20 и 0-28 см, что объясняется большим углом наклона южного склона (6°07'). Горизонт Вк на склонах находится на разных глубинах и имеет разную мощность и глубину вскипания.

Агрохимические свойства чернозема обыкновенного мучнис-токарбонатного. Снижение мощности гумусового горизонта в верхних частях южной и северной экспозиций указывает на главный диагностический признак смыва. Но при этом следует отметить и тот факт, что пахотное использование почв длительный период также может привести к уменьшению гумусового горизонта. Уменьшение мощности верхних горизонтов (табл. 1) может произойти за счет «вы-паханности» пахотного и уплотнения подпахотного слоя из-за многолетнего воздействия сельскохозяйственной техники.

Таблица 1 - Агрохимическая характеристика чернозема на склонах разной экспозиции

Часть склона Горизонт Глубина, см рН Гумус, % Поглощенные основания, мг-экв/100 г почвы

сумма І Са^+ 1 Мв^

южный склон

верхняя Апах 0-16 7,0 2,77 31,1 25,5 5,6

Ал/пах 16-28 7,1 2,80 34,2 27,0 7,2

средняя Апзх 0-20 6,9 2,82 34,5 27,9 6,6

Ап/пах 20-32 7,1 3,00 32,7 28,0 4,7

нижняя Апах 0-28 6,5 3,80 38,8 31,6 7,2 .

АП/пах 28-48 7,0 3,96 32,0 27,6 4,4

северный склон

верхняя Апах 0-21 6,7 2,67 27,0 21,9 5,1

Ап/пах 21-33 7,0 2,71 28,9 20,3 8,6

средняя Апах 0-22 6,5 3,63 36,1 30,0 6,1

Ап/пах 22-42 6,9 4,26 39,1 30,9 8,2

нижняя Апах 0-25 6,5 4,29 33,0 28,3 4,7

Ап/пах 25-40 6,8 4,66 34,0 26,3 7,7

Для верхних горизонтов почвенного профиля обоих склонов характерна реакция среды, близкая к нейтральной (на южном рН=6,5-7,0 и на северном склоне 6,5-6,7).

Отмечается тенденция увеличения содержания гумуса в пахот-

ном горизонте от верхних частей склонов к нижним, причем значение этого показателя на северном склоне выше, чем на южном.

Сумма поглощенных оснований в пахотном слое на южном склоне варьирует в пределах 31,1-38,8 мг-экв/100 г почвы, а на северном - 27,0-33,0 мг-экв/100 г почвы.

Структурное состояние. Структурно-агрегатный состав важнейшая агрономическая характеристика почв. В среднем за 3 года наблюдений (табл.2) отмечено, что на южном склоне содержание глыбистой фракции на всех частях склона и слоях почвы больше, чем на северном. Так, если на южном склоне оно варьировало в пределах 13,97-21,34%, то на северном - 12,08-18,48%. На обоих склонах содержание этой фракции снижается от верхней части склона к нижней и с увеличением глубины слоя почвы.

По содержанию агрономически ценной фракции (10-0,25 мм) северный склон на всех её частях превосходит южный. Так, если на южном склоне от верхней к нижней части она увеличивается от 66,19 до 77,71%, то на северном - от 68,03 до 79,28%.

Таблица 2 - Структурно-агрегатный состав почвы (сухое просеивание) (среднее за 3 года)

Часть склона Слой почвы, см Содержание агрегатов диаметром (мм), %

>10 10-0,25 <0,25

южный склон

верхняя 0-10 21,34 66,19 12,47

10-20 19,40 69,27 11,33

20-30 17,64 71,98 10,38

средняя 0-10 19,45 68,48 12,07

10-20 17,24 71,41 11,35

20-30 15,32 73,20 11,48

нижняя 0-10 17,34 71,77 10,89

10-20 16,50 74,40 9,10

20-30 13,97 77,71 8,32

северный склон

верхняя 0-10 18,48 68,03 13,49

10-20 17,61 69,63 12,76

20-30 16,96 71,75 11,29

средняя 0-10 17,56 70,31 12,13

10-20 13,81 74,78 11,41

20-30 12,09 77,38 10,53

нижняя 0-10 16,11 73,02 10,87

10-20 13,37 76,98 9,65

20-30 12,08 79,28 8,64

0-10 10-20 верхняя

10-20 20-Л0 ер едняя

ЮЖНЫП СКЛОН

I северный СКЛОН

Рисунок 1. Коэффициент структурности При этом отмечается следующее повышение коэффициента структурности почвы (рис. 1) - от 1,96 до 3,49 на южном склоне, на север-ном-от2,13 до 3,83.

Гранулометрический состав, рассматриваемого чернозема на обоих склонах, находится в пределах среднего и тяжелого суглинка (табл.3). При этом отмечается следующая тенденция: содержание физической глины повышается от верхней части склонов к нижней. Так, в пахотном слое на южном склоне её увеличение наблюдается в пределах 23,6-29,7%, а на северном - 26,7-29,1%. Аналогичная закономерность отмечается в почве и подпахотного слоя, где наличие физической глины растет при движении от верхней к нижней части южного склона от 25,5 до 35,8%, а северного склона -от 31,1-33,0%.

Таблица 3 - Гранулометрический состав чернозема на склонах различной экспозиции

Часть склона Горизонт Содержание фракции, % от абсолютно-сухой почвы Гранулометрический состав

физический песок физическая глина

южный склон

верхняя А пах 73,7 26,3 средний суглинок

А ц/пах 74,5 25,5 средний суглинок

средняя А„ 71,9 28,1 средний суглинок

А„/,„х 73,9 26,1 средний суглинок

нижняя 70,3 29,7 средний суглинок

А к/нах 64,2 35,8 тяжелый суглинок

северный склон

верхняя А„„, 73,3 26,7 средний суглинок

А,і/|,ііх 78,9 31,1 тяжелый суглинок

средняя А„„ 70,1 29,9 средний суглинок

А п/пах \66,3 33,7 тяжелый суглинок

нижняя А пах 70,9 29,1 средний суглинок

А„/„ах 67,0 33,0 тяжелый суглинок

микои температуры почвы в течение вегетационного периода под той или иной сельскохозяйственной культурой.

В наших исследованиях определяли состояние температурного фона черноземной почвы на глубине 10 и 20 см. В среднем по трехлетним наблюдениям (рис. 3) температура почвы на южном склоне во все сроки определения выше, чем на северном. Разница в температуре верхней и нижней частей склонов в среднем за три вегетационных периода составила 1,2°С на северном склоне, а на южном - 1,6°С.

ІІ8 —т

14.9

16 >

14

12

га И-1'

Лит

I

Щ.....М.,3

і 3»

Ц.1.

13.'

верхняя

средни I

□ южный склон □ северный склон

Рисунок 3. - Температура почвы на глубине 20 см, °С (за вегетационный период в среднем за 3 года) Таким образом, температурные условия на южном склоне лучше, чем на северном. В среднем за вегетационный период в верхней части южного склона на глубине почвы 20 см температура почвы на 0,9° выше, чем на северном склоне, а в средней и нижней части соответственно на 0,6° и 0,5°С.

Влажность почвы. Влага - одна из наиболее динамичных факторов внешней среды. Рассматривая содержание влаги (рис.4 и 5) на склонах разной экспозиции и на разных их частях, следует отметить, что в большинстве сроков определения величина ее больше на северном склоне.

сентяорь

„. —верхняя —:г-средняя - -нижняя

Рисунок 4. - Влажность почвы южного склона в слое 0-50 см (среднее за 3 года) 11

влажности почвы, которая и обеспечивала интенсивность микробиологических процессов. Этим и объясняется повышение содержания нитратного азота от первого срока определения ко второму. В литературе имеются указания на наличие тесной связи между температурой почвы и процессом нитрификации (Угаров, 1965; Мальцев, 1965).

Таким образом, содержание нитратного азота в черноземной почве зависит не только от возделываемых культур севооборота, но и в значительной мере от экспозиции склона и её частей.

Засоренность посевов. Большой интерес представляет состояние засоренности посевов культур севооборота в зависимости от экспозиции склона (рис.6). В среднем за 3 года наиболее высокой засоренностью в фазу кущения культур севооборота выделяется нижняя часть северного склона. На средней и верхней частях количество сорной растительности существенно ниже (на 14,6 и 32,4% соответственно).

120.0

100.0 „ S0.0 д 60,0 3 40.0

20.0 0,0

Рисунок 6. Засоренность культур севооборота, шт/м2 (среднее по севообороту)

На южном склоне засоренность меньше, чем на северном - на 21,1 % в нижней части, на 14,3% в средней и в верхней части - на 9,7%.

При определении количества сорной растительности перед уборкой выявлено их снижение на обоих склонах. Однако по рассматриваемым частям сорняков было больше на северном склоне.

Целлюлозоразрушающая активность почвы. Показателем общей биологической активности почвы непосредственно в природе является деятельность целлюлозоразрушающих микроорганизмов, определяемая степенью распада и убыли сухой массы льняной ткани, выдержанной в почве определенный период времени (Востров, Петрова, 1961; Тихомирова, Святская, 1972).

Нами в 4-польном зернопаровом севообороте рассмотрена цел-люлозолитическая активность черноземной почвы на различных час-

южный склон северный склон фаза кущения

южный склон северный склон пер е д у бор ко н

тях склонов.

Наиболее высокие значения разложения льняного полотна за 4 экспозиции в среднем за два года наблюдений получены на северном склоне (рис.7). Лучшая целлюлозоразрушающая активность на обоих склонах отмечена в их нижней части. Разница в убыли льняного полотна между склонами в нижней части достигала 2,0%, в средней - 4,5, в верхней - 4,3%.

50 ,...... 40:3 .......-...................... -Ц-9 ........... .............

-»о т.........—-------й—~-___. ■ --

.. 30 | 36.0 >"•••

10 • ..........................—.........-........ -..........-.....-............................ ' •--.........................

верхняя средняя нижняя

НЭ-ЮЖНЫЙ СКЛОН -й—Севе].1НЫЙ склон

Рисунок 7. - Целлюлозоразрушающая активность почвы, % убыли льняного полотна от исходной массы (за 4 экспозиции) Таким образом, почва северного склона отличается лучшей цел-люлозоразрушающей активностью, чем южный, а наиболее высокая интенсивность разложения льняного полотна отмечается в нижних частях склонов.

5. Урожайность культур и продуктивность севооборота Полевая всхожесть культур севооборота. Склоновые земли существенно отличаются от равнинных по своим параметрам в зависимости от экспозиции и крутизны. В частности, на это указывает результаты определения полевой всхожести на северном и южном склонах (табл. 5).

Таблица 5 - Полевая всхожесть семян зерновых культур на склонах разной экспозиции, %

Часть склона 2010 г. 2011 г. 2012 г. Среднее

южный склон

верхняя 45,2 45,8 49,6 46,9

средняя 52,4 48,7 54.0 51,7

нижняя 60,0 57,3 55,1 57,5

НСРоз 2,6 7,8 3,8

северный склон

верхняя 54,8 55,1 52,0 54,0

средняя 59,2 57,3 55,3 57,3

нижняя 64,4 61,8 59,3 61,8

НСРщ 2,5 2,5 3,3

Средние значения полевой всхожести зерновых культур показывают превышение северного склона по этому показателю. Так, если на южном склоне от верхней части к нижней полевая всхожесть изменяется от 46,9 до 57,5%, то на северном - от'54,0 до 61,8%.

Влияние экспозиции и частей склонов на урожайность культур и продуктивность севооборота. Сложившиеся на разных склонах и их частях условия роста и развития культур севооборота обеспечили различные уровни урожайности зерна и зеленой массы (табл.6).

Таблица 6 - Урожайность культур и продуктивность севооборота

Часть склона Культура севооборота Урожайность зерновых культур, ц/га Продуктивность севооборота, ц/га

пшеница овес овес на з/м выход зерна к.ед. з.ед

южный склон

верхняя 16,6 24,5 79,0 20,6 10,3 16,4 15,2

средняя 18,9 26,0 91,4 22,5 11,2 18,2 16,8

нижняя 23,1 29,0 94,7 26.1 13,0 20,6 19,1

НСРо, 2,0 1,6 9,1

северный склон

верхняя 23,6 27,1 82,7 25,4 12,7 19,5 18,3

средняя 26,0 29,0 92,8 27,5 13,8 21,5 20,0

нижняя 33,0 30,3 96,9 31,7 15,8 24,4 22,7

НСРо, 1,3 1,8 7,1

В годы исследований более высокий урожай по всем культурам севооборота получен на северном склоне. Так, урожайность зерна яровой пшеницы здесь наибольшей оказалась в нижней части, где превышение относительно южного склона составило 42,9%, а в верхней и средней части соответственно 42,2 и 37,6%.

Урожайность овса на зерно на северном склоне также превосходит её величины на южном, но разница существенно ниже, чем на яровой пшенице. Так, в нижней части склонов она составила 4,5%, в средней - 11,5% и в верхней - 10,6%).

Превышение северного склона над южным отмечено и по урожайности зеленой массы овса. При перемещении от верхней части к нижней на южном склоне урожайность зеленой массы повышалась на 19,9%, а северном - на 17,2%.

Определение корреляционных связей между урожайностью культур севооборота и агрономическими свойствами почвы показало следующее: - зависимость урожайности яровой пшеницы и влажности почвы в слое 0-20 см, содержанием нитратного азота и полевой всхожестью

семян - сильная (г=0,87; г=0,96; г=0,90 соответственно), с влажностью почвы в слое 0-50 см и засоренностью посевов в фазу кущения -средняя (г=0,39; г=0,58 соответственно);

- зависимость урожайности овса на зерно и влажности почвы в слое 0-20 см, содержанием нитратного азота и полевой всхожестью семян - сильная (г=0,81; г=0,99; г=0,93 соответственно), с влажностью почвы в слое 0-50 см и засоренностью посевов в фазу кущения -средняя (г=0,46; г=0,58 соответственно);

- зависимость урожайности овса на зеленую Массу и влажности почвы в слое 0-20 см, содержанием нитратного азота и полевой всхожестью семян - сильная (г=0,91; г=0,95; г=0,97 соответственно), с влажностью почвы в слое 0-50 см и засоренностью посевов в фазу кущения - средняя (г=0,42; г=0,43 соответственно).

При рассмотрении данных по продуктивности севооборота в зависимости от экспозиции склона и их частей прослеживается та же картина, что и по урожайности культур севооборота и средней урожайности зерна. Выход зерна в севообороте от верхней к нижней части на южном склоне повышается на 26,2, на северном - на 24,4%, кормовых единиц соответственно на 25,6 и на 25,1%, а зерновых единиц-25,7 и 24,0% соответственно.

Таким образом, культуры севооборота в степной зоне Бурятии урожайнее на северном склоне. Более высокая урожайность культур и продуктивность севооборота по склонам отмечаются в их нижней части.

Качество зерна яровой пшеницы. Нами проведено определение некоторых показателей качества зерна яровой пшеницы в зависимости от экспозиции склона и её частей. Получены данные, показывающие достаточно заметное их влияние на качество зерна (табл. 7). Масса 1000 зерен по частям склона изменялась на южном от 38,9 до 41,0 г, а на северном от 37,8 до 41,1г.

Важным показателем качества зерна яровой пшеницы является его натура. На южном склоне натура зерна составила 772-792 г/л, т.е. отвечает требованиям на сильную пшеницу. Аналогичная картина в натурном весе зерна отмечается и на северном склоне.

Не менее важным показателем физических свойств зерна яровой пшеницы является его стекловидность. Отмечается снижение стек-ловидности от верхней к нижней части склонов. На всех частях северного склона получено зерно менее стекловидное по сравнению с южным склоном.

Таблица 7 - Качество зерна яровой пшеницы

Часть склона Показатель

масса 1000 зерен,г натура, г/л стекловид-ность, % белок, % клейковина, %

южный склон

верхняя 41,0 792 84,4 14,8 33,7

средняя 40,3 789 81,3 14,5 32,8

нижняя 38,9 772 80,2 14,4 31,7

НСР05 2,4 12,1 1,8 0,3 0,3

северный склон

верхняя 41,1 799 82,5 14,4 32,6

средняя 40,1 789 80,6 14,1 31,7

нижняя 37,8 767 78,1 13,6 30,9

НСР05 -2,3 7,9 1,4 0,2 0,5

В наших исследованиях зерно яровой пшеницы имело хорошее содержание белка. Максимальное содержание белка отмечено в верхней части южного склона - 14,8%, а наименьшее в нижней части северного -13,6%.

Содержание клейковины на всех частях склонов отвечает требованиям на сильные пшеницы (28% и выше). В основании склонов содержание клейковины ниже, чем на других частях.

Корреляция между урожайностью зерна яровой пшеницы и её натурой и стекловидностыо - сильная (г=0,82; г=0,85), массой 1000 зерен - средняя (г=0,51). Зависимость содержания клейковины от стек-ловидности зерна и натуры - сильная (г=0,76; г=0,96 соответственно), а белковость зерна яровой пшеницы имеет сильную связь с массой 1000 зерен и натурой (г=0,78; г= 0,84 соответственно), а слабую - со стекловидностью (г=0,17).

Таким образом, на южном склоне зерно яровой пшеницы имеет лучшее качество по сравнению с северным. Условия для получения более качественного зерна яровой пшеницы складываются в верхней и средней частях обоих склонов.

Экономическая эффективность севооборота. Для характеристики эффективности севооборота на склонах различных экспозиций и ее частях определена его экономическая оценка (табл.8).

Наибольший выход кормовых единиц получен в нижней части северного склона - 24,4 ц/га, а наименьший - в верхней части южного склона 16,4 ц/га. При этом уровень рентабельности соответственно составил 141,4% и 62,2%.

Таблица 8 - Экономическая эффективность 4-х польного зернопаро-вого севооборота пар чистый-пшеница-овес-овес на зеленую массу

Часть склона Выход Стоимость Прямые Условно Себестои- Рента-

к.ед, ц/га продукции. затраты, чистый мость бель-

севооб. руб./га руб./га доход, 1 т к.ед, ность,

площади руб./га руб. %

южный склон

верхняя 16,4 6560 4043 2517 2465 62,2

средняя 18,2 7280 4043 3237 2209 80,1

нижняя 20,6 8240 4043 4197 1963 103,8

северный склон

верхняя 19,5 7800 4043 3757 2073 92,9

средняя 21,5 8600 4043 4557 1880 112,7

нижняя 24,4 9760 4043 5717 1656 141,4

Таким образом, на черноземе степной зоны Бурятии лучшие показатели экономической эффективности 4-польный зернопаровой севооборот имеет в нижней части северного склона.

Выводы

1 .Профили чернозема мучнисто-карбонатного на обоих склонах (на южном и северном) отличаются небольшой мощностью гумусового горизонта (в пределах 16-28 см), среднесуглинистым и суглинистым гранулометрическим составом. Почвы склонов более гумуси-рованы в их нижней и средней частях.

2.На обоих склонах содержание агрономически ценной фракции повышается от верхней части к нижней. Лучшие значения коэффициента структурности почвы получены на северном склоне на всех её частях. Плотность чернозема обыкновенного мучнисто-карбонатного в слое 0-20 см находится в пределах оптимального значения для зерновых культур.

3.В среднем за вегетационный период в верхней части южного склона на глубине 20 см температура почвы на 0,9° выше, чем на северном, а в средней и нижней части соответственно на 0,6° и 0,5°С. В течение всего вегетационного периода северный склон содержит влаги больше, чем южный.

4.По засоренности культур севооборота выделяется северный склон. На обоих склонах более высокое количество сорной растительности отмечается в нижних частях. Почва северного склона имеет лучшую целлюлозоразрушающую активность, чем южный, и наиболее высокая интенсивность разложения льняного полотна установле-

на на нижних частях склонов.

5.Полевая всхожесть семян зерновых культур в годы исследований на южном склоне составила 46,9-57,5%, а на северном - 54,061,8%). В верхней части склонов этот показатель варьирует в пределах 46,9-54,0%, в средней - 51,7-57,3 и в нижней - 57,5-61,8%.

6.Более высокая урожайность зерновых культур (26,1 ц/га - на южном, 31,7 ц/га - на северном) и продуктивность севооборота по склонам (20,6 и 24,4 ц.к.ед. соответственно) отмечаются в их нижней части. Лучшее по качеству зерно яровой пшеницы формируется в верхних частях обоих склонов.

7.На черноземе степной зоны Бурятии лучшие показатели экономической эффективности 4-польного зернопарового севооборота получены на северном склоне. Рентабельность производства продукции севооборота на южном склоне от верхней части к нижней повышается от 62,2 до 103,8%), на северном склоне - от 92,9 до 141,4%.

Предложения производству

1 .Размещение севооборотов необходимо проводить дифференцированно в зависимости от частей склонов: верхней, средней и нижней, принимая во внимание отличные условия роста и развития сельскохозяйственных культур, складывающихся на них.

2.В условиях степной зоны Бурятии на склоновых землях с черноземами для получения устойчивых урожаев культур рекомендуется размещать севообороты в их нижних частях.

Список публикаций по теме диссертации

1 .Батудаев А.П. Экономическая эффективность полевого севооборота на различных частях склона /А.П. Батудаев, Е.Э. Куклина -Всстник БГСХА, №4, 2012. - С.23-26.

2.Куклина Е.Э. Гидротермические показатели склоновых агро-ландшафтов в условиях черноземных почв степной зоны Бурятии и их влияние на урожайность зерновых культур в севообороте /Е.Э. Куклина, А.П. Батудаев, O.A. Алтаева //Мат-лы м/н научн-практ. конфер. к 60-летию агрономического факультета БГСХА им. В.Р.Филиппова -Улан-Удэ, 2012. -С.53-58.

3 .Куклина Е.Э. Влияние склоновых агроландшафтов на урожайность культур и продуктивность полевого севооборота в степной зоне Бурятии /Е.Э. Куклина, А.П. Батудаев //Мат-лы м/н научно-практической конфер. «Вавиловские чтения - 2012» - Саратов, 2012.- С.40-41.

Подписано в печать 13.02.2013. Бумага офс.№1. Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100. Заказ №996. Цена договорная.

Издательство ФГБОУ ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В. Р. Филиппова» 670034, г. Улан-Удэ, ул. Пушкина, 8 e-mail: rio_bgsha@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Куклина, Евгения Эрдэмовна, Улан-Удэ

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО "Бурятская государственная сельскохозяйственная академия

им. В.Р.Филиппова"

На правах рукописи

04201354762

Куклина Евгения Эрдэмовна

Склоновые агроландшафты, плодородие чернозема и продуктивность севооборота в степной зоне Бурятии

06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: Батудаев Антон Прокопьевич д.с.-х.н., профессор

Улан-Удэ, 2013

Содержание

Введение 3 Глава 1. Склоновые агроландшафты, их особенности и

использование в земледелии (состояние вопроса) 7

Глава 2. Условия и методика проведения исследований 31

2.1. Характеристика рельефа и почвы опытного участка 31

2.2. Метеорологические условия в годы исследований 34

2.3. Методика исследований 37 Глава 3. Свойства чернозема обыкновенного на различных склонах 44

3.1. Морфологическая характеристика почвы 44

3.2. Агрохимические свойства чернозема обыкновенного мучнистокарбонатного

на склонах разной экспозиции 51

3.3. Структурное состояние 55

3.4. Плотность почвы 61 Глава 4. Эколого-агрономические свойства чернозема

обыкновенного на склонах разной экспозиции 65

4.1. Температура почвы 65

4.2. Влажность почвы 69

4.3. Содержание нитратного азота 75

4.4. Засоренность посевов 84

4.5. Целлюлозоразрушающая активность почвы 90 Глава 5. Урожайность культур и продуктивность севооборота 96

5.1. Полевая всхожесть культур севооборота 96

5.2. Влияние экспозиции и частей склонов на урожайность 98 культур и продуктивность севооборота

5.3. Качество зерна яровой пшеницы 101

5.4. Экономическая эффективность севооборота 106 Выводы 110 Предложения производству 111 Список использованной литературы 112 Приложения 132

L

Введение

Актуальность темы. Особенности агрономически значимых параметров плодородия склоновых почв при их длительном сельскохозяйственном использовании могут изменяться как в сторону улучшения, так и ухудшения. Это связано в первую очередь с существенной дифференциацией почв склонов от их вершины к основанию по составу, свойствам, теплофизическим и гидротермическим параметрам, во вторую -различия в тепловлагоресурсах приводит к неоднородности в наступлении физико-технологических кондиций и отзывчивости на антропогенные воздействия, направленные на создание лучших условий для роста и развития сельскохозяйственных культур.

Вышеизложенные характерные черты почв склонов особенно отчетливо выражены в условиях Республики Бурятия, где земледелие в большинстве своем является склоновым, так как более 50% пахотных угодий имеют ту или иную величину уклонов. Однако, до настоящего времени во всех ранее изданных рекомендациях по системе земледелия эта особенность практически не учитывалась и, соответственно, агротехнологический комплекс возделывания сельскохозяйственных культур не адаптирован к специфике земель склонов.

Отсутствие склоновой направленности технологий

сельскохозяйственных культур в Бурятии связано со слабой научной проработанностью данной проблемы в условиях отдельных земледельческих зон и разных типов почв. Хотя актуальность таких исследований определена А.'И. Куликовым и Н.Б. Бадмаевым (1996), которые отмечали, что «...именно элементы рельефа являются постоянными и устойчивыми признаками территории, и есть все основания рассматривать их в качестве базы для агропроизводственного деления территории в целях дифференциации способов использования и воздействия».

Степень разработанности. Исследований склоновых агроландшафтов

различной крутизны и экспозиций в Бурятии проведено недостаточно и

3

сегодня имеется только одна работа (Алтаева, 2009), выполненная по этой тематике в условиях каштановых почв в сухостепной зоне. Влияние склоновых агроландшафтов на продуктивность и плодородие черноземных почв в степной зоне республики ранее практически не рассматривалось.

Цель исследований - определить влияние склоновых агроландшафтов на плодородие чернозема и продуктивность севооборота в степной зоне Бурятии.

Задачи исследований:

- изучить состояние агрофизических и агрохимических свойств чернозема обыкновенного в зависимости от частей и экспозиции склонов;

- установить влияние частей склонов южной и северной экспозиции на эколого-агрономические свойства почвы;

- определить влияние склоновых агроландшафтов разной экспозиции на урожайность культур, продуктивность и экономическую эффективность зернопарового севооборота.

Защищаемые положения:

- свойства почвы на различных частях склонов северной и южной экспозиции определяются почвенно-климатическим потенциалом рельефа;

- черноземы на склонах, имеющих северную экспозицию, обладают лучшим потенциальным и эффективным плодородием;

- урожайность культур, продуктивность севооборота и экономическая эффективность возделывания культур определяются почвенно-климатическим потенциалом склоновых агроландшафтов.

Научная новизна. Впервые в условиях Западного Забайкалья на основе сравнительного изучения почвенно-климатического потенциала склонов разной экспозиции и их частей выявлены различия по плодородию почвы, урожайности культур и продуктивности полевого севооборота.

Практическая значимость. В степных агроландшафтах Западного Забайкалья установлена необходимость дифференцированного использования склоновых пахотных земель. Выявленные особенности формирования урожаев культур севооборота на различных склонах и их частях могут быть использованы при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия Бурятии с учетом выраженности склонов. Это позволит сельскохозяйственным предприятиям повысить эффективность использования природных ресурсов агроландшафтов и обеспечит повышение производства сельскохозяйственной продукции. Материалы работы найдут место в учебном процессе студентов агрономических специальностей и направлений высших учебных заведений.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных и научно-практических конференциях и совещаниях: международных (Саратов, 2012; Улан-Удэ, 2012), внутривузовских (2013), а также на заседаниях кафедры общего земледелия и Ученого совета агрономического факультета БГСХА им. В.Р.Филиппова (2009-2012).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3 печатных работах, в том числе 1 работа в рецензируемом журнале.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа представляет собой рукопись объемом 203 страниц компьютерного текста, состоит из 5 глав, выводов, предложений производству и 71 приложения, содержит 13 таблиц, 30 рисунков. Список использованной литературы включает 220 наименований, из которых 8 иностранных авторов.

Личный вклад автора. Диссертационная работа выполнена на основе

личных материалов, полученных в результате исследований 2010-2012 гг. на

опытно-агрономическом стационаре кафедры общего земледелия Бурятской

ГСХА им. В.Р.Филиппова в степной зоне Бурятии. Автор принимала участие

в разработке программы исследований, проводила полевые, камеральные и

аналитические работы, интерпретацию экспериментального материала,

5

математическую обработку, подготовку и публикацию основных положений диссертации.

Глава 1. Склоновые агроландшафты, их особенности и использование в

земледелии (состояние вопроса)

Научно-обоснованное размещение сельскохозяйственных культур с учетом их требований к условиям внешней среды является основным условием эффективного использования природно-климатического потенциала. Первая научно-обоснованная система ведения сельского хозяйства Восточной Сибири издана в 1957 году. Вторая "Система ведения хозяйства для Восточной Сибири" была издана в Красноярске в 1976 году, где было уточнено природно-сельскохозяйственное районирование субъектов Восточной Сибири и конкретизированы рекомендации по зонам этой территории. В последующем стало понятно, что более целесообразно разрабатывать системы для конкретных областей, краев и республик, основываясь на более полном учете природно-хозяйственных особенностей и уровня развития производства отдельных регионов.

Для Республики Бурятия первая "Система ведения сельского хозяйства" была разработана и издана в 1985 году, которая была уточнена и переработана с учетом нового времени и издана в 1996 году.

Одной из основных слагаемых, изданных систем ведения сельского хозяйства (агропромышленного комплекса), являлись системы земледелия, которые с начала 80-х годов прошлого века стали называться зональными. Зональные системы земледелия в названный период времени были разработаны и изданы практически для всех субъектов Российской Федерации.

Следует особо отметить мнение академика В.И. Кирюшина (1996) о том, что хотя зональные системы земледелия включали наукоемкие технологии и имели, как правило, интенсивный характер, они не были достаточно привязаны к конкретным агроландшафтным и экономическим условиям, имели слабое обоснование природно-сельскохозяйственного районирования.

С начала перестроечного времени все чаще стал подниматься вопрос о качественно новых системах земледелия (системы земледелия нового поколения) (Каштанов, Щербаков, 1996; Власенко, 1995 и др.).

В эти годы широко обсуждаются и предлагаются различные методы и подходы к дальнейшему совершенствованию систем земледелия. Рассматривались концепции адаптивного (Жученко, 1990), ландшафтного (Каштанов, 1988), адаптивно-ландшафтного (Кирюшин, 1995; Власенко, 1995), ландшафтно-экологического (Каштанов, Лисецкий, Швебс, 1994) земледелия и др.

По мнению В.И. Кирюшина, А.Н. Власенко, В.К. Каличкина и др. (2002) экологизация земледелия начинается с углубления дифференциации систем земледелия к различным категориям arpo ландшафтов. Первым с предложением о дифференцированном использовании рельефа выступил известный русский ученый-почвовед В.В. Докучаев (1936).

Заметный вклад в научное обоснование и разработку практических рекомендаций по реализации дифференцированного использования местных почвенно-климатических условий и адаптивных особенностей культивируемых видов растений внесли П.С. Захаров (1978), А.И. Бараев (1971), А.И. Шабаев (1983), В.И. Кирюшин и др. (1993). Высокую эффективность ландшафтных систем земледелия отмечали в своих работах и иностранные авторы (Evans, Nortellt,1978; Kirby,1980; Alberts at al, 1981).

Практическая реализация адаптивно-ландшафтного подхода в земледелии началась в 80-ые годы прошлого столетия, когда были обоснованы и разработаны основные методологические принципы, концепции, рекомендации адаптивно-ландшафтных систем земледелия для разных почвенно-климатических условий (Каштанов, 1974; Шабаев, 1983; Щербаков, Рудай, 1983; Баздырев, 1986; Власенко, 1995; Явтушенко, 1998 и ДР-)-

Известный исторический опыт земледелия указывает на то, что даже на небольших по площади территориях имеются участки, в том числе и склоны, существенно различающиеся по свойствам почвы и микроклимату.

Неравномерность в распределении основных природных ресурсов особенно заметно проявляется в условиях пересеченного рельефа, занимающего около 55% территории Российской Федерации. При этом на склоновых землях расположено более 55% пашни и около 80% пастбищ (Жученко, 1990).

Изменение агрономически значимых параметров свойств почвы склонов в результате активной антропогенной деятельности может привести как к окультуриванию почв и повышению их плодородия, так и к снижению этих показателей. Для современного этапа развития сельского хозяйства Российской Федерации характерна негативная ситуация с плодородием почв, расположенных на склоновых землях.

Безусловно и то, что свойства почвы на склонах существенно отличаются от равнинных, также в зависимости от экспозиции склона и её крутизны изменяются почвенно-климатические условия. На склоновых землях отмечается своеобразный гидрологический режим почв, имеют место и локальные изменения микроклимата, что изменяют распределение осадков, температуру почвы и другие агроэкологические параметры.

В зависимости от величины уклонов изменяется интенсивность эрозионных процессов, оказывающих негативное влияние на состояние плодородия почвы и поверхности пашни, эффективное использование внесенных удобрений и даже семян при сильном развитии водной эрозии.

По последним оценкам ученых, площади сельскохозяйственных

угодий России, подверженных эрозии, и эрозионно-опасные территории

составляют более 130 млн. га. Ежегодно площадь эродируемых земель

увеличивается на 400-500 тыс.га; две трети российских пахотных земель

подвергается эрозии, шестая часть загрязнена до такой степени, что стала

непригодной даже для промышленного использования (по материалам газеты ! 9

Российская земля, № 32, 2005 г.). Водная эрозия создала около 400 тыс. оврагов площадью более 500 тыс. га. По другим данным, продолжается интенсивное разрушение почв оврагами, площадь которых занимает около 2,4 млн. га и ежегодно увеличивается на 0,1-0,2 млн. гектаров. В последние годы водная эрозия достигла даже районов вечной мерзлоты (Каштанов, 1999). Уже почти каждый третий гектар пашни и пастбищ является эродированным и нуждается в предупреждении деградационных процессов.

Исследованиями, проведенными М.Ю. Белоцерковским (1998) установлено, что в пределах земледельческой территории России нет ни одной административно-территориальной единицы, пахотные земли которой подверженные водной эрозии в той или иной степени, не нуждались бы в противоэрозионных мероприятиях. Стоит отметить, что различия огромны: от 2% в Астраханской области до 83,9% в Пермской. Наиболее удовлетворительная ситуация отмечается в областях с выровненным рельефом от Тамбовской области до Калмыкии, Дагестана, Краснодарского края. Самая неблагоприятная ситуация отмечается на Северо-Западе Урала, в Республике Марий-Эл, Чувашии. Промежуточное положение занимает свыше 60% числа единиц административного деления России: СевероЗападный, Центральный район, ряд областей Северного Кавказа, Поволжья, Восточная Сибирь, Дальний Восток.

Проблема деградации пахотных земель вследствие проявления эрозионных процессов остро стоит не только в России, но и за рубежом. Увеличение численности населения, интенсивное развитие сельскохозяйственного производства увеличили антропогенную нагрузку. Интенсивное ведение сельского хозяйства, приводящее к снижению плодородия почвы, изменение естественного покрова, распашка целинных земель лесостепных и степных районов, вырубка лесов еще больше усиливают эрозионные процессы. Это приводит к уменьшению количества пахотных земель, их деградации и, вследствие этого, к уменьшению

урожайности и снижению его качества (Mackhey D., 1961; World Reference bas Soil resources, 1998).

Холмистость рельефа, его сильная пересеченность и расчлененность предопределяют пространственную изменчивость типов почв, уровня залегания грунтовых вод и увлажнения поверхностных горизонтов, скорость эрозионных процессов и других параметров природной среды, определяющих, в конечном счете, продуктивность сельскохозяйственных угодий. Характер рельефа оказывает решающее влияние и на локальное перераспределение указанных факторов на местности.

На интенсивность проявления эрозии оказывает заметное влияние длина и форма склона. Склон - это площадь, расположенная между водораздельной линией и бровкой речной, балочной или дорожной сети. Склон характеризуется длиной (расстояние от водораздельной линии до бровки сети по линии наибольшего уклона), крутизной, которая выражается в градусах, профилем и экспозицией.

Выделяют несколько форм профиля склона: прямолинейный, выпуклый, вогнутый, ступенчатый. При прямолинейном профиле крутизна не меняется или почти не меняется на всем протяжении склона. При выпуклом профиле склона крутизна увеличивается с удалением от водораздела - эрозия сильнее проявляется в нижней части склона. При вогнутом профиле крутизна уменьшается с удалением от водораздела - в нижней части создаются условия для аккумуляции смытых с верхней части склона продуктов эрозии. Существует также и ступенчатый профиль склона, где чередуются пологие и крутые участки, т.е. террасы, которые замедляют или приостанавливают поверхностный сток, таким образом, возможность развития эрозии резко изменяется. Если для прямого склона смыв принять за единицу, то для выпуклого он будет 1,5, а для вогнутого 0,5 (Соболев, 1948; Заславский, 1983, 1987).

Форма продольного профиля склона влияет на интенсивность эрозии в

отдельных его частях. При прямолинейном профиле наибольший смыв

11

отмечен в нижней части склона, при вогнутом - в верхней части с отложением почвы внизу, при выпуклом профиле - в нижней части, причем сильнее, чем у склонов с прямолинейным профилем. На сту