Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Технологические приемы биологизации земледелия в Центрально-Черноземной зоне

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Технологические приемы биологизации земледелия в Центрально-Черноземной зоне"

На правах рукописи

ООоиэ««--

Уваров Александр Викторович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЕ

Специальность: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

г 1 НАР 2013

Саратов 2013

005050859

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель Тарасенко Петр Владимирович,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Официальные оппоненты: Денисов Евгений Петрович, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ», заведующий кафедрой «Земледелие и сельскохозяйственная мелиорация»

Графов Виктор Петрович, кандидат сельскохозяйственных наук, ФГУП "Аркадакская сельскохозяйственная опытная станция" Россельхозакадемии, директор

Ведущее предприятие — Государственное научное учреждение «Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока» Россельхозакадемии

Защита состоится «30»_марта 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1. E-mail: dissovet01@sgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Автореферат разослан « » февраля 2013 г. и размещен на сайте www.sgau.ru

Ученый секретарь sZ 4 Нарушев Виктор

диссертационного совета . ф Бисенгалиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Снижение плодородия черноземов происходит в результате физических, биологических, физико-химических и минералогических процессов. Однако основной причиной является длительное применение вспашки, которая иссушает, усиливает процессы окисления и ускоряет темпы уменьшения содержания гумуса в почве.

Отечественный и мировой опыт (Картамышев Н.И., 1990, 2002, 2003; Каштанов А.Н., 1992, 1997; Кирюшин В.И., 1996, 2004, 2006; Макаров И.П., 1998; Денисов Е.П., 2004, 2008; Беляк В.Б., 2008; Дерпш Р., 2008) показывает, что снижение техногенных нагрузок на почву и усиление факторов биологизации не только стабилизируют эколого-мелиоративное состояние агроландшафтов, но и обеспечивают дальнейший прогресс земледелия. В связи с этим очевидна необходимость разработки системы мероприятий, позволяющих на фоне разумного сочетания биологических и техногенно-химических операций найти компромисс между экономикой и экологией.

В настоящее время весьма актуальными являются исследования приемов комплексной мелиорации, оптимизирующей почвенное плодородие за счет использования сидератов из многолетних бобовых трав, соломы зерновых злаков, эффективных биопрепаратов и рациональной обработки почвы. Из биопрепаратов определенный интерес вызывают ассоциативные комплексные бактерии, позволяющие уменьшить антропогенную нагрузку на почву за счет снижения потребности в химических средствах защиты растений и азотных удобрениях.

Степень разработанности темы. Важнейшими направлениями в биологизации земледелия являются: биомелиорация почвы соломой (Авров O.E., 1979; Баздырев Г.И., 1985; Данилов А.Н., 2000) и сидератами (Возняковская Ю.М, 1988; Иванов П.К., 1974; Кормилицын В.Ф. и др., 1995,1999), фитомелиора-ция с помощью многолетних трав (Денисов Е.П., 2004, 2008; Панасов М.Н., 2000, 2004), минимализация обработки почвы (Картамышев Н.И., 2002, 2003; Макаров И.П., 1998; Мальцев Т.С., 1955; Овсшкжий И.Е., 1911; Шугуров А.И., 2003), активизация участия микрофлоры (Возняковская Ю.М., 1988; Завалин

A.A., 2005; Мишустин E.H., 1975; Тихонович И.А., 2000) и зоо-фауны (Картамышев Н.И., 1990) в улучшении эколого-мелиоративного состояния почв и повышении продуктивности возделываемых культур. Комплексный подход при биологиза-ции земледелия предлагают использовать В.Б. Беляк (2008) и

B.И. Кирюшин (1996).

При разработке комплекса технологических приемов био-логизации земледелия в Центрально-Черноземной зоне (ЦЧЗ) был учтен опыт и использованы наиболее эффективные разработки перечисленных ученых и практиков.

Цель исследований - разработать наиболее эффективный комплекс технологических приемов биологизации земледелия, снижающих антропогенное влияние на агроландшафт, улучшающих эколого-мелиоративное состояние черноземов и повышающих продуктивность зерновых агроценозов.

Задачи исследований:

• оценить влияние звеньев севооборота с чистым и сиде-ральным паром (клевер красный) на поступление органического вещества в почву и баланс гумуса;

• определить изменение агрофизических свойств чернозема под воздействием многолетних бобовых трав и способов заделки в почву соломы и сидератов;

• изучить влияние приемов биологизации земледелия на водный режим почвы и мелиоративное состояние чернозема выщелоченного;

• выявить динамику почвенной биоты в зависимости от количества и способов заделки в почву растительных остатков в звеньях севооборота с чистым и сидеральным паром;

• оценить влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром, поверхностной (мульчирующей) и глубокой отвальной обработки почвы, соломы, биопрепарата Бисолби-Сан и азотных удобрений на изменение продуктивности яровой пшеницы;

• провести экономический и биоэнергетический анализ эффективности приемов биологизации земледелия.

Научная новизна. Впервые в ЦЧЗ изучен комплекс технологических приемов биологизации земледелия (звенья севооборота с чистым и сидеральным паром, био- и фитомелиорация, азотные удобрения и ассоциативные бактерии, отвальная и поверхностная обработка почвы), направленный на снижение антропогенной нагрузки на агроландшафты, улучшение их эколо-го-мелиоративного состояния и повышение продуктивности зерновых агроценозов. Обосновано вариативное применение приемов биологизации земледелия на выпаханных и относительно благополучных полях. Определен количественный показатель снижения нормы азотных удобрений, соответствующий азотофиксирующим возможностям ассоциативных бактерий.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. В ООО «Агрохимальянс» Кирсановского района Тамбовской области были внедрены в производство использование звена севооборота с сидеральным паром и мульчирующей обработкой почвы на площади 297 га с общим экономическим эффектом 401 тыс. руб. В результате снизилась антропогенная нагрузка на почву. Условный чистый доход при производстве зерновой продукции увеличился на 1,35 тыс. руб./га, а себестоимость 1 т зерна снизилось на 120 руб.

Методология и методы исследований. Теоретической и методологической основой в процессе работы над диссертацией служили научные труды отечественных и зарубежных ученых, а также разработки аграрных учреждений по исследуемой проблеме. К полевым опытам относились исследования приемов биологизации земледелия (солома + N30+30, солома + N30 + Бисолби-Сан, звенья севооборота с чистым и сидеральным паром, мульчирующая обработка почвы). К лабораторным опытам относились исследования взаимосвязи количества и способов заделки в почву измельченной соломы с изменением водно-физических свойств почвы:

Закладка опытов, исследования и анализы почвенных, растительных образцов, обработка полученных данных проводились в соответствии с методикой полевого опыта Доспехова Б.А. (1985), ГОСТами и методическим рекомендациям.

Основные положения, выносимые на защиту:

• влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром на поступление органического вещества в почву и баланс гумуса;

• динамика почвенной биоты, изменение водно-физических и агрохимических свойств чернозема выщелоченного в зависимости от количества и глубины заделки в почву растительных остатков;

• влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром, поверхностной (мульчирующей) и глубокой отвальной обработки почвы, соломы, биопрепарата Бисол-би-Сан и азотных удобрений на продуктивность яровой пшеницы;

• оценка биоэнергетической и экономической эффективности применения комплекса технологических приемов биологизации земледелия.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (Саратов, 2007-2010), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» (Саратов, 2007-2011) и на региональных научно-практических конференциях в ГНУ «НИИСХ Юго-Востока» (Саратов, 2009, 2010).

Личный вклад автора в решение проблемы. Постановка проблемы и задач исследований, теоретический анализ и экспериментальная апробация, выводы и предложения производству осуществлены автором с вкладом личной доли 80 %.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ общим объемом 6,9 п. л., пять из которых - в изданиях, включенных в перечень ВАК. Лично соискателю принадлежит 2,5 п. л.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 226 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и предложений производству. Содержит 37 таблиц, 15 рисунков, 59 приложений. Список использованной литературы включает 325 источников, в том числе 4 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Условия, схема и методика полевого опыта. Закладка трех-факторного полевого опыта была начата в 2003 г. на плакорно-равнинном агроландшафте в ООО «Агрохимальянс» Кирсановского района Тамбовской области. Основная экспериментальная работа была выполнена в 2006-2008 гг.

Климат зоны исследований - умеренно-теплый, влажный (ГТК = 1,0-0,9). По метеорологическим условиям 2006 и 2008 гг. характеризовались как влажные, 2007 г. - среднезасушливый.

Почвы - черноземы выщелоченные тяжелосуглинистые, слабокислые (рН = 5,4). Содержание гумуса - 6-7 %, фосфора - 102 мг/кг, калия — 117 мг/кг. Мелиоративное состояние — удовлетворительное (ослаблена устойчивость коллоидного комплекса, снижено содержание агрономически ценных и водопрочных агрегатов).

Полевой опыт закладывался методом расщепленных делянок по методике Б.А. Доспехова (1985) в четырехкратной повторно-сти. Схема опыта (таблица 1) включала в себя исследование влияния двух освоенных звеньев севооборота на почвенное плодородие и урожайность яровой пшеницы (фактор А).

Таблица 1 - Схема полевого опыта

Звено севооборота (фактор Л) Обработка почвы (фактор В) Удобрение (фактор С)

С чистым паром (пар -озимая пшеница — яровая пшеница) Вспашка Контроль (б/у) Солома (фон) Фон + N30+30 Фон + N30 + Бисолби-Сан

Мульчирующая обработка Контроль (б/у) Солома (фон) Фон + N30+30 Фон + N30 + Бисолби-Сан

С сидеральним паром (сидеральный пар - озимая пшеница - яровая пшеница с подсевом клевера красного) Вспашка Контроль (б/у) Солома (фон) Фон + N30+30 Фон + N30 + Бисолби-Сан

Мульчирующая обработка Контроль (б/у) Солома (фон) Фон + N30+30 Фон +N30 +Бисолби-Сан

Рассматривали паровое звено (чистый пар - озимая пшеница - яровая пшеница) и звено севооборота с сидеральным паром (сидеральный пар - озимая пшеница - яровая пшеница с подсевом клевера). На фоне двух звеньев севооборота испытывали отвальную вспашку и мульчирующую обработку почвы (фактор Б). На каждом фоне обработки почвы изучали влияние соломы, вне-

ллту*ТАТ1 Агрттл I | I ТТЛ г/ ГИГ ЛЛП % А % ГТУТТЛЛЛ 11 I ГГТ Г» rtr TT TtT _

Cwinwri W I ДШ11>£11/ tiJMi vUDiviwwnt/ w jvuxnvuaJibnDiiVlJri Irl \JUI\ l ^pucLin

ными удобрениями (фактор Q. Фактор С включал в себя 4 варианта: 1) контроль (без удобрений); 2) солома (фон); 3) фон + N30+30; 4) фон + N30 + Бисолби-Сан.

Площадь делянок первого порядка (звенья севооборота) составила 960 м2, второго (обработка почвы) - 480 м2, третьего (удобрение)-120 м2 (10x12 м). Расположение делянок-систематическое.

Исследования проводили согласно общепринятым методикам (Ревут И.Б., 1964; Роде A.A., 1970; Доспехов Б.А., 1985).

Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом по методике A.A. Роде (1962) в трехкратной повторности до глубины 1,5 м (в начале и в конце вегетации пшеницы) и до 1 м (по фазам ее роста) через каждые 10 см. Суммарное водо-потребление оценивали методом водного баланса.

Плотность почвы находили путем отбора образцов в естественном сложении в 3-кратной повторности методом режущего кольца буром H.A. Качинского до глубины 0,5 м через каждые 10 см. Строение пахотного слоя (общая, капиллярная, некапиллярная порозность) и наименьшую влагоемкость (HB) определяли методом насыщения в цилиндрах. Агрегатный анализ почвы проводили по методу Н.И. Савинова. Для учета количества пожнивно-корневых остатков применяли способ рамочной выемки почвы по Н.З. Станкову (1964).

Почвенные образцы обрабатывали по следующим методикам. Содержание гумуса определяли по методу Тюрина (ГОСТ 2621391), подвижного фосфора и обменного калия — по методу Чирикова (ГОСТ 26204-91), щелочногидролизуемого азота - по методу Корнфилда (ГОСТ 26204-91), pH (солевое) - потенциометрически (ГОСТ 264-83). Гидролитическую кислотность (ГОСТ 26212-91) и сумму поглощенных оснований (ГОСТ 27821-88) устанавливали по

методу Каппена. При анализе почвенных образцов определяли следующие группы микроорганизмов: общее количество мезофильных аэробов и факультативных анаэробов (среда МАФАиМ), азотобактер (среда Эшби), грибы (среда САБУРО), споры (среда МПА).

Урожай учитывали методом сплошной уборки делянок. Данные подвергали математической обработке методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов по Б.А. Доспехову (1985).

Качество зерна оценивали в соответствии со стандартами: натуру - согласно ГОСТ 10849-64; массу 1000 зерен - по ГОСТ 10987-76; массовую долю клейковины - по ГОСТ 13586.1-68; качество клейковины - по ГОСТ 13586.1-68.

Экономическую эффективность рассчитывали расчетно-нормативным методом по технологическим картам.

Биоэнергетическую эффективность приемов биологизации земледелия определяли по методу ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии (1996).

Агротехника возделывания озимой пшеницы (Московская 39) и яровой пшеницы (Эстер) на вариантах со вспашкой была общепринятой для лесостепной зоны. Особенность мульчирующей обработки почвы заключалось в использовании тяжелых дисковых орудий (БДМК-6Х4П) и применении культиваторов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Поступление органического вещества в почву и баланс гумуса. При уборке озимой пшеницы на 1 га пашни поступало 13-15 т абсолютно сухих растительных остатков, яровой пшеницы - 10-11 т. Заделка в почву бобовых сидератов дополнительно повышала количество сухого вещества на 14 т. В паровом звене севооборота общая биомасса растительных остатков достигала 23-25 т/га (7-8 т/га в год), в звене севооборота с сидеральным паром - 38-42 т/га (13-14 т/га в год). Уборка соломы с поля уменьшала обеспеченность почвы органическим веществом соответственно в 2,4 и в 1,7 раза (до 3 и 8 т/га в год).

Запашка соломы (2003-2007 гг.) и внесение N60 в почву в паровом звене севооборота сократили отрицательный баланс гумуса до —0,08 т/га, а в звене севооборота с сидеральньгм паром увеличили его положительный баланс до +0,91 т/га в год (рисунок 1).

Рисунок 1 — Влияние приемов биологизации земледелия на баланс гумуса (слой почвы 0-0,3 м)

Мульчирующая обработка почвы снижала минерализацию гумуса относительно вспашки на 3-9 % и повышала его образование на 5-7 %. Поэтому при поверхностной обработке ежегодно содержание гумуса было на 0,2-0,9 т/га выше, чем при вспашке.

Показатели физико-химических свойств почвы. Солома и сидераты повысили содержание в почве щелочногидролизуе-мого азота на 21-28 %, подвижного фосфора - на 8-12 %, обменного калия — на 6—11 % (таблица 2).

Мульчирующая обработка по сравнению со вспашкой снизила обеспеченность чернозема азотом на 11-12 %, способствовала подкислению почвенного раствора на 0,1-0,2 ед. рН, повысила гидролитическую кислотность на 0,8-0,9 мг-экв. на 100 г почвы и уменьшила степень насыщенности основаниями на 4—13 %.

Влияние растительных остатков и способов их заделки на изменение почвенной микрофлоры и численность довдевых червей. Солома и сидераты стимулировали биологическую активность почвы. На их фоне количество дождевых червей увеличилось на 9-14 %, общее число микроорганизмов - на 12-13 %, обеспеченность почвы азотобактером - на 36-43 % (отн. знач.), грибная микрофлора возросла в 1,6-3,2 раза, число спор - в 1,4—1,6 раза.

сидеральным паром. Удобрения: 1,3 - контроль (б/у); 2,4 - солома + N60

2 ■

мульчирующая

обработка

Таблица 2 - Влияние приемов биологизации земледелия (в 2003-2008 гт.) на показатели плодородия чернозема выщелоченного (слой 0-0,3 м)

Вариант Щелоч-ногидро-лизуе-мьм азот, мг/кг Подвижные формы, мг/кг Гумус, % рН (КС1) Гидролитическая кислотность Сумма поглощенных оснований

звено севооборота (фактор А) обработка почвы (фактор В) удобрение (фактор С) фосфора калия мг-экв. на 100 г почвы

Пашня (2005 г) 159,4 124 148 7,75 5,1 5,85 48,2

С чистым паром (2008 г.) Вспашка Контроль (б/у) 147,6 121 140 7,68 5,0 5,90 45,5

Солома+N60 178,4 131 148 7,75 5,2 5,87 48,4

Мульчирующая обработка Котроль(б/у) 129,9 119 139 7,70 5,0 6,70 44,6

Ссшома+N60 158,3 130 151 7,77 4,9 6,74 45,1

С сиде-ральным паром (2008 г.) Вспашка Контроль (б/у) 165,2 126 146 7,73 5,2 5,74 47,6

Солома+N60 188,1 139 169 7,80 5,2 5,82 48,7

Мульчирующая обработка Контроль (б/у) 146,5 128 147 7,75 4,9 6,61 44,1

Солома+ N60 166,0 136 156 7,83 4,9 6,79 40,6

НСР05 (для частных средних) 4,4 7,7 8,1 0,076 0,18 0,25 1,20

НСР(и (для главных эффектов) 2,2 3,9 4,0 0,038 0,04 0,13 0,60

НСРс5 (для парных взаимодействий) 3,1 5,5 5,7 0,054 0,05 0,18 0,86

Для всех значений Бф > Р(

На фоне мульчирующей обработки почвы по сравнению со вспашкой отмечено превышение количества дождевых червей на 6 %, общего числа микроорганизмов на 2,8 %, количества грибов -в 3,2 раза, спор - в 1,6 раза, но при этом зафиксировано снижение обеспеченности почвы азотобактером на 40 % (отн. знач.).

Влияние приемов биологизации земледелия на агрофизические свойства почвы. Солома и сидераты разуплотнили слой почвы 0-30 см: при вспашке - на 0,09 г/см3, при мульчирующей обработке - на 0,07 г/см3, увеличили содержание агрономически ценных (0,25-10,0 мм) почвенных агрегатов на 5-6 % (абс. знач.), повысили степень их водопрочности на 720 % (отн. знач.), улучшили коэффициент структурности почвы на 11-26 %. При этом возросли общая порозность (за счет капиллярной и некапиллярной пористости) на 4-6 % (отн. знач.) и наименьшая влагоемкость на 3,5-3,7 мм.

Лабораторные исследования показали, что заделка в почву соломы из расчета 2—9 т/га снизила ее плотность с 0,98 (без соломы) до 0,96-0,93 г/см3 и при отсутствии ветрового потока сохранила от 3,7-5,2 до 8,8-9,1 % почвенных влагозапасов. Ветровой поток (10 м/с) многократно усиливал испарение почвенной влаги (85,9 % влаги терялось в течение 7 дней, что в 2,9 раза интенсивнее, чем без ветра).

В этих условиях лишь слой соломы 1,3-2,5 см на поверхности почвы был способен (в отличие от ее заделки) уменьшить среднесуточное испарение в 1,6-2,1 раза и сохранить от 36 до 54 % почвенной влаги.

Водный режим почвы и водопотребление яровой пшеницы. В среднем за период исследований перед посевом яровой пшеницы влажность слоя почвы 0-1,5 м на контрольном варианте (без соломы) в звеньях севооборота с чистым и занятым паром на фоне вспашки находилась в пределах 96,4-97,5 % НВ (55045579 м7га), на фоне мульчирующей обработки - 96,6-98,8 % НВ (5550-5688 м3/га). Запашка измельченной соломы после уборки озимой пшеницы в звене севооборота с сидеральным паром увеличивала влажность полутораметрового слоя почвы на 0,5-0,7 % НВ (на 46-73 м3/га), поверхностная заделка соло-

Т £ О/, ио СС1 1ТЛ..З Л—\ /о ни уо 1 — 1 /V IV!

Заделка соломы в поверхностные слои почвы способствовала более высокой (на 80-180 м3/га) обеспеченности посевов почвенными влагозапасами в течение вегетации, чем ее запашка (выше всего лишь на 40-140 м^га).

Взаимосвязь улучшения водного режима и структурного состояния черноземов под воздействием фито- и биомелиорации подтверждается корреляционной зависимостью (г = 0,89) весеннего содержания влаги в почве от степени водопрочно-сти почвенных агрегатов и выражается в виде уравнения регрессии:

у = 0,0616л:2 - 8,066* + 632,3 (/ = 0,79; Ц = 5,2; /т= 2,3), (1)

где у - общий запас влаги в слое 0-1,0 м, мм; х - степень во-допрочности агрегатов, х = 68-84 %.

Суммарное водопотребление пшеницы на контроле (без удобрений) при вспашке составило 3628 м3/га, в том числе из почвы - 2396 м3/га, из осадков - 1232 м3/га. Поверхностная заделка соломы и сидератов повысила влагообеспеченность почвы, в результате чего водопотребление яровой пшеницы увеличилось на 2 %.

Наибольший коэффициент водопотребления яровой пшеницы был на контроле (без удобрений) в звене севооборота с чистьм паром. На фоне вспашки он составил 806 м3/т, при мульчирующей обработке почвы - 836 м3/т. Наименьший коэффициент водопотребления отмечен при заделке в почву соломы и азотных удобрений (N60) в звене с сидеральным паром - 644 и 680 м3/т.

Рост и развитие яровой пшеницы. Приемы биологизации земледелия оказали влияние на рост, развитие и динамику нарастания биомассы яровой пшеницы. Так, запашка соломы и внесение азотных удобрений и биопрепарата (N30+30, N30 + БисолбиСан) в звене севооборота с сидеральным паром обеспечили наилучшие показатели фотосинтетической деятельности растений. Площадь листьев увеличилась до 67,7-68,6 тыс. м2/га (на 6,6—8,0 % относительно контроля в звене с чистым паром), ФП - до 3185-3238 тыс. м2 х сут./га (на 9,8-11,2 %), ЧПФ - до 4,7-4,8 г/м2 * сут. (на 20,5-23,1 %). В итоге средне-

суточный прирост абсолютно сухой массы возрос до 155,6156,8 кг/га (на 31,4-32,4 %).

На фоне парового звена севооборота и на вариантах с мульчирующей обработкой почвы указанные показатели снижались.

Продуктивность яровой пшеницы. Наилучшие показатели структуры урожая яровой пшеницы были на вариантах с соломой, азотными удобрениями и биопрепаратом (N30+30, N30 + Бисолби-Сан) в звене севооборота с сидеральным паром. На этих вариантах по сравнению с контролем (без удобрений) в звене севооборота с чистым паром было отмечено повышение коэффициента продуктивного кущения с 1,26 до 1,37-1,39, увеличение числа зерен в колосе с 26,3 до 28,7-29,2 шт., общей массы зерна с одного колоса с 1,03 до 1,13-1,16 г и массы 1000 зерен с 38,5-39,1 до 39,4-39,6 г.

Снижение урожайности зерна при мульчирующей обработке почвы относительно вспашки произошло за счет уменьшения общего (на 22-54 шт./м2) и продуктивного (на 14-34 шт./м2) стеблестоя.

На контроле (без удобрений) в паровом звене севооборота урожайность зерна яровой пшеницы не превышала 4,35-4,50 т/га (таблица 3).

Удобрение почвы соломой повысило урожайность зерна на 5-8 %. Максимальные показатели были достигнуты в звене севооборота с сидеральным паром при совместном внесении соломы и N30+30 - 5,45-5,64 т/га.

Использование половинной дозы азотных удобрений (N30) и биопрепарата Бисолби-Сан на удобренном соломой фоне незначительно (на 1-3 %) уступало по урожайности вариантам с полной дозой удобрений (N30+30).

На фоне мульчирующей обработки почвы урожайность зерна была на 0,1-0,3 т/га (2-6 %) ниже, чем при вспашке.

Приемы биологизации земледелия улучшили качество зерна. На фоне удобрения почвы соломой, сидератами, азотными удобрениями и биопрепаратом (N30+30, N30 + Бисолби-Сан) отмечено повышение содержания сырой клейковины относительно контроля (без удобрений) с 20,8-22,8 до 28,3-30,5 % и повышение классности зепна. с IV до III

Таблица 3 - Влияние приемов биологизации земледелия (2006-2008 гг.) на урожайность зерна яровой пшеницы

Звено севооборота (фактор А) Обработка почвы (фактор В) Удобрение (фактор С) Урожайность, т/га

2006 г. 2007 г. 2008 г. в сред нем

С чистым паром Вспашка Контроль (б/у) 4,58 3,82 5,11 4,50

Солома 4,77 4,03 5,41 4,74

Солома + N30+30 5,25 4,38 6,05 5,23

Солома +N30 + + Бисолби-Сан 5,16 4,35 5,88 5,13

Мульчирующая обработка Контроль (б/у) 4,31 3,79 4,96 4,35

Солома 4,56 4,29 4,98 4,61

Солома + N30+30 5,01 4,42 5,39 4,94

Солома + N30 + + Бисолби-Сан 4,97 4,38 5,34 4,90

С сиде-ральным паром Вспашка Контроль (б/у) 4,76 4,09 5,41 4,72

Солома 5,03 4,41 5,81 5,08

Солома+ N30+30 5,52 4,91 6,50 5,64

Солома+ N30 + + Бисолби-Сан 5,44 4,83 6,25 5,51

Мульчирующая обработка Контроль (б/у) 4,59 4,03 5,25 4,62

Солома 4,89 4,46 5,46 4,94

Солома+N30+30 5,32 4,86 6,16 5,45

Солома + N30 + + Бисолби-Сан 5,28 4,80 6,05 5,38

НСР05 (для частных средних) 0,09 0,06 0,05 0,07

НСР05 (для главных эффектов) 0,04 0,03 0,03 0,03

НСР05 (Для парных взаимодействий) 0,06 0,04 0,04 0,05

Для всех значений Рф > Р,

В отличие от вспашки при мульчирующей обработке почвы сырой клейковины было на 0,9—2,7 % меньше. Влияние биологических факторов на изменение массы 1000 зерен (38,4—39,6 г), натуры (798-809 г/л), ИДК (82-84 ед.) было незначительным.

Экономическая и биоэнергетическая эффективность приемов биологизации земледелия. Приемы биологизации земледелия влияли на биоэнергетическую и экономическую эффективность производства зерна яровой пшеницы (таблица 4).

Таблица 4 - Влияние приемов биологизации земледелия на биоэнергетическую и экономическую эффективность возделывания яровой пшеницы

« Экономическая оценка

Звено сЗ 5 Й я О і о

севооборо- Обработка Удобрение л ^ § и 2 £3 ° 5 3 Я <- * § >з 2 а л ч <и ю

та (фактор^) почвы (фактор В) (фактор С) о а * о £ «о о Ё -в-<и "О4 К « о о ЬЙ с £ 2 сі 3 Я « н о. є 3 ю а 5 * « 3 £ 0 а 0 1 уровень рента ста, %

сЗ Контроль 1 (б/у) 4,50 4,50 8,63 9,37 108,6

Я о о. К Солома (фон) 4,74 4,99 8,35 10,61 127,1

в Фон + N30+30 5,23 3,97 9,73 16,42 168,8

И И Фон + N30 + Бисолби-Сан 5,13 4,51 9,47 16,18 170,9

? и 1 г Контроль 2 (б/у) 4,35 4,37 8,38 9,02 107,7

а* я1 5 2 I Солома (фон) 4,61 4,88 8,08 10,36 128,2

и Фон + N30+30 4,94 3,78 9,47 15,23 160,9

ц Фон + N30 + Бисолби-Сан 4,90 4,38 9,21 15,29 166,0

к Контроль 3 (б/у) 4,72 4,66 8,64 10,24 118,6

г о Солома (фон) 5,08 5,27 8,35 12,00 143,7

а. « с Фон + N30+30 5,64 4,25 9,74 18,46 189,5

о 05 Фон+ N30 + Бисолби-Сан 5,51 4,86 9,48 18,07 190,6

2 Контроль 4 (б/у) 4,62 4,59 8,39 10,09 120,3

Оч V 1 и II Солома (фон) 4,94 5,16 8,09 11,67 144,3

Фон+ N30+30 5,45 4,13 9,48 17,77 187,5

и ч 2 Фон+ N30 + Бисолби-Сан 5,38 4,72 9,22 17,68 191,8

При использовании соломы совместно с N30+30 и N30 + + Бисолби-Сан условный чистый доход увеличился в 1,7-1,8 раза, рентабельность гтпггачвг>пгтпя _ И 1 Л ПЯ7Я и 1ПРИР

1 1 I ~ — — - ~ — ■I--------" -■ -----

севооборота с сидеральным паром чистый доход и рентабельность были на 9,3-16,7 % (отн. знач.) выше, чем в звене севооборота с чистым паром.

Мульчирующая обработка почвы в звене севооборота с чистым паром уступала по основным экономическим показателям вспашке, а в звене севооборота с сидеральным паром она по уровню рентабельности почти не отличалась от отвальной обработки.

Возделывание яровой пшеницы в сидеральном звене севооборота на фоне удобрения соломой и N30 + Бисолби-Сан наиболее целесообразно, так как обеспечивает получение высокого чистого дохода 1768-1807 руб./га, максимального уровня рентабельности 191-192 % и коэффициента биоэнергетической эффективности 4,7-4,9.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Среди большинства типов почв наиболее подвержены деградации (в основном из-за глубокой вспашки и недостаточного поступления органических остатков) черноземы, занимающие влагообеспеченную часть территории России. Сохранение плодородия и повышение эффективности их использования достигается биологизацией земледелия, включающей в себя комплекс мелиоративных приемов:

- биомелиорацию (внесение соломы с азотными удобрениями);

- фитомелиорацию (многолетние фитоценозы с азотонако-пителями);

- применение бактерий азотофиксаторов;

- минимализацию обработки почвы.

2. При отчуждении соломы в паровом звене севооборота в лесостепной зоне количество поступающей в почву сухой массы стерне-корневых остатков не превышает 9—10 т/га. Уборка озимой и яровой пшеницы комбайнами, оборудованными измельчителями, позволяет биомелиорировать черноземы высокоуглеродистой соломой - до 23-25 т/га. Пар занятый клевером крас-

ным в качестве сидерата усиливает био-, фитомелиорирующий эффект и в сочетании с измельченной соломой зерновых злаков повышает обеспеченность почвы качественным органическим веществом - до 40-42 т/га.

3. Запашка соломы и внесение N60 в почву в звене севооборота с чистым паром сокращает отрицательный баланс гумуса до -0,08 т/га, а в звене с сидеральным паром увеличивает положительный баланс гумусообразования до +0,91 т/га в год. Мульчирующая обработка почвы снижает минерализацию гумуса относительно вспашки на 3-9 % и повышает его новообразование на 5-7 %.

4. Солома с N60 и сидераты улучшают питательный режим почвы - повышают содержание щелочногидролизуемого азота на 21-28 %, подвижного фосфора - на 8-12 %, обменного калия - на 6-11 %. Мульчирующая обработка в сравнение с вспашкой снижает обеспеченность почвы азотом на 11-12 %, рН - на 0,10.2 ед., степень насыщенности основаниями на 4-13 %, одновременно повышая ее гидролитическую кислотность на 0,8-0,9 мг,- экв./100 г и гумусированность на 1,2 т/га.

5. Солома и сидераты не зависимо от способа обработки почвы стимулируют биологическую активность почвы: количество дождевых червей увеличилось на 9-14 %, общее число микроорганизмов - на 12-13 %. Мульчирующая обработка почвы по сравнению с вспашкой способствует повышению количества дождевых червей на 6 %, общего числа микроорганизмов на 2,8 %, количества грибов - в 3,2, спор - в 1,6 раза, но при этом -снижает обеспеченность азотобактером на 40 % (отн. знач.).

6. Солома и сидераты разуплотняют 0-0,3 м слой почвы при вспашке с 1,16 до 1,11 г/см3, при мульчирующей обработке - с 1,20 до 1,12 г/см3; увеличивают содержание агрономически ценных почвенных агрегатов на 5-6% (абс. знач.), повышают степень их водопрочности на 7-20 % (отн. знач.); общую порозность на 4-6 % (отн. знач.) и влагоемкость - на 35-37 м3/га. Наличие в почве 4-9 т/га соломы уменьшает интенсивность испарения влаги в безветренную погоду на 4-9 %. При ветре солома слоем в 1,3-2,5 см снижает среднесуточное испарение влаги в 1,6-2,1 раза.

7. Запашка соломы и сидератов увеличивают весной запасы влаги в слое почвы 0-1,5 м на 140-150 м3/га, поверхностная заделка соломы - на 200-220 м3/га. Приемы биологизации земледелия улучшают влагообеспеченность посевов в течение всей вегетации: при вспашке - на 130-200 м3/га, при мульчирующей обработке - на 200-260 м3/га. При этом общий расход воды на производство 1 т зерна снижается с 806-836 до 644680 м3, или на 19-20 %.

8. Внесение N30+30, №0+Бисолби-Сан на удобренном соломой и сидератами фоне повышает: площадь листьев яровой пшеницы на 6,6-8,0 %, ФП - на 9,8-11,2 %, ЧПФ - на 20,5-23,1

среднесуточный прирост абсолютно сухой массы — на 31,4— 32,4 %, коэффициент продуктивного кущения - на 8,7-10,3 %, число зерен в колосе - на 10,9-11,1 %, массу зерна с одного колоса-на 9,7-12,6 %.

9. Наибольшая урожайность яровой пшеницы отмечена в звене севооборота с сидеральным паром на фоне соломы и азотных удобрений в дозе N30+30 - 5,64 т/га и при совместном использовании биопрепарата Бисолби-Сан с половинной дозой минерального азота (N30) - 5,51 т/га. В звене севооборота с чистым паром урожайность зерна уменьшается на 5-10 %, на вариантах с мульчирующей обработкой почвы на 2-6%.

10. Приемы биологизации земледелия улучшают качество зерна. На фоне удобрения почвы соломой, сидератами, азотными удобрениями и биопрепаратом (N30+30, №0+Бисолби-Сан) содержания сырой клейковины относительно контроля (без удобрений) увеличивается с 20,8-22,8 до 28,3-30,5 %, что позволяет повысить классность зерна с IV до III. Мульчирующая обработка почвы по сравнению со вспашкой уменьшает содержание сырой клейковины в зерне на 0,9-2,7 %.

11. Возделывание яровой пшеницы в сидеральном звене севооборота на фоне удобрения соломой и N30 + Бисолби-Сан обеспечивает получение высокого чистого дохода 1768-1807 руб./га, максимального уровня рентабельности 191-192 % и коэффициента биоэнергетической эффективности 4,7-4,9.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

В Центрально-Черноземной зоне для биологизации земледелия рекомендуется:

- в севообороте использовать звено с сидеральным паром (си-деральный пар - озимые зерновые - яровые зерновые с подсевом многолетних бобовых трав);

- вносить измельченную солому (более 8 т/га) в качестве органического удобрения совместно с азотными удобрениями (8-10 кг д. в. N на 1 т соломы);

- применять поверхностную (мульчирующую) заделку растительных остатков на выпаханных полях с низким уровнем эффективного и потенциального плодородия почвы;

- проводить (во время протравливания) инокуляцию семян зерновых злаков биопрепаратом Бисолби-Сан (1л/т) и дополнительную обработку посевов этим препаратом (1-2 л/га) в фазу кущения (совместим с гербици дами).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Уваров, А. В. Влияние мульчирующей обработки почвы на плодородие чернозема выщелоченного / П В. Тарасенко, А. В. Уваров // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. К И. Вавилова. - 2009. - № 9. - С. 39-42.

2. Уваров, А. В. Зависимость агрофизических показателей чернозема выщелоченного от приемов биологизации земледелия / Б. И. Туктаров, П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. - № 11. - С. 35-38.

3. Уваров, А. В. Повышение плодородия чернозема выщелоченного в лесостепной зоне при биологизации земледелия / Б. И. Туктаров, П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Плодородие. - 2012. - № 1.-С. 37-39.

4. Уваров, А. В. Значение БисолбиСана в биологизации земледелия и агротехнике возделывания яровой пшеницы в лесостепной зоне / П. В. Тарасенко, В. В Никифоров, А. В. Уваров // Научное обозрение. - 2012. - № 4. -С. 26-33.

5. Уваров, А. В. Био- и фитомелиорация как способ улучшения эколого-мелиоративного состояния черноземов Тамбовской области / П. Н. Гришин, П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Известия Саратовского университета. Новая серия. — 2012. - Т. 12. — Сер. Химия. Биология. — Вып. 2. — С. 97—102.

В прочих научных изданиях

6. Уваров, А. В. Биологизация земледелия в Тамбовской области / П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Вавиловские чтения - 2007 : материалы Международной науч.-практич. конф., посвященной 120-й годовщине со дня рождения акад. Н. И. Вавилова. - Саратов, 2007.-Ч 1.-С 228-229.

7. Уваров, А. В. Совершенствование технологии возделывания кукурузы на основе влаго- и ресурсосбережения / П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Вавиловские чтения - 2007 : материалы Международной науч.-практич. конф., посвященной 120-й годовщине со дня рождения акад. Н. И. Вавилова. - Саратов, 2007. - Ч. 1.-С. 229.

8. Уваров, А. В. Влияние соломы на водно-физические свойства черноземов / П. В. Тарасенко, В. И. Губов, А. В. Уваров // Вавиловские чтения — 2008 : материалы Международной науч.-практич. конф., посвященной 95-летию Сарат. госагроуниверситета. - Саратов, 2008. - Ч. 1. - С. 222-224.

9. Уваров, А. В. Солома - фактор влагосбережения / П. В. Тарасенко, А.

B. Уваров, В. И. Губов // Проблемы землеустройства и мелиорации земель в Саратовской области / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2008. -

C. 310-315.

10. Уваров, А. В. Роль лесных полос в поступлении органических остатков в почву после уборки культур в севообороте / П. В. Тарасенко, В. И. Губов, А. В. Уваров // Материалы регион, науч.-практич. конф. / ГНУ «НИИСХ Юго-Востока». - Саратов, 2009. - Ч. 2. - С. 147-150.

11. Уваров, А. В. Способы активизации прорастания и роста семян яровой пшеницы и подсолнечника / П. В. Тарасенко, В. В. Никифоров, А. В. Уваров // Материалы регион, науч.-практич. конф. / ГНУ «НИИСХ Юго-Востока». - Саратов, 2009. - Ч. 2. - С. 151-155.

12. Уваров, А, В. Биологизация земледелия — способ повышения плодородия черноземов / П. В. Тарасенко, В. И. Губов, А. В. Уваров // Вавиловские чтения - 2009 : материалы Международной науч.-практич. конф. - Саратов, 2009. -Ч. 1. -С. 211—215.

13. Уваров, А. В. Влияние растительных остатков на физические и водно-физические свойства чернозема выщелоченного / Б. И. Туктаров, П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Материалы II регион, науч.-практич. конф. / ГНУ «НИИСХ Юго-Востока». - Саратов, 2010. - С. 435^41.

14. Уваров, А. В. Значение соломы в сохранении почвенной влаги / Б. И. Туктаров, П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Материалы П регион, науч.-практич. конф. / ГНУ «НИИСХ Юго-Востока». - Саратов, 2010. - С. 441-446.

15. Уваров, А. В. Мульчирующая обработка почвы, солома, сидераты и микробиологические препараты - основа биологизация земледелия на черноземных почвах / Б. И. Туктаров, П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Вавиловские чтения - 2010 : материалы Международной науч.-практич. конф. - Са-

16. Уваров, А. В. Биологизация земледелия, приемы обработки почвы и агрофизические показатели чернозема выщелоченного / П. В. Тарасенко, А. В. Уваров // Научная жизнь. - 2012. №1. - С. 79-85

Подписано в печать 25.02.2013 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 062/2013

Типография ОООп «Орион» 410031, г. Саратов, ул. Московская, 62 тел.: (8452) 23-60-18

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Уваров, Александр Викторович, Саратов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Уваров Александр Викторович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЕ

Специальность: 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Тарасенко Петр Владимирович

На правах рукописи

ДИССЕРТАЦИЯ

Саратов - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...................................................................................... 4

1. Анализ состояния, эколого-экономические проблемы и пути повышения эффективности использования черноземных почв............ 8

1.1. Причины снижения плодородия черноземов................................... 8

1.2. Теоретические и практические основы повышения эффективности использования черноземных почв..........................................................

1.3. Биологизация земледелия как способ рационального использования земельных ресурсов........................................................................ 26

2. Условия и методика проведения исследований................................. 39

2.1 .Почвено-климатическая характеристика объекта исследований............... 39

2.2.Схема и методика проведения исследований..................................... 50

2.3. Агротехника проведения полевых опытов........................................ 54

3. Взаимосвязь биологизации земледелия с процессами формирования почвенного плодородия.................................................................. 56

3.1. Обогащение почвы соломой и сидератами (клевер красный) - эффективный прием биомелиорации и основа биологизации земледелия............56

3.2. Баланс гумуса в зависимости от поверхностного (мульчирующего) и глубокого отвального (вспашка) способа заделки в почву биомелиорантов.... 59

3.3. Изменение показателей почвенного плодородия в результате приемов биологизации земледелия.................................................................. 62

3.4. Реагирование экосистемы чернозема выщелоченного на способы заделки в почву биомелиорантов................................................................................................................67

3.5. Роль биологизации земледелия в улучшении агрофизических свойств чернозема выщелоченного............................................................... 73

4. Значение приемов биологизации земледелия в регулировании

водного режима почвы.................................................................. 81

4.1. Взаимосвязь количества и способов заделки в почву соломистых остатков с влагосбережением....................................................................................................................................81

4.2. Водный режим почвы в зависимости от способов обработки и степени насыщенности почвы растительными остатками........................................................................88

4.3. Влагонакопление, водный баланс почвы и водопотребление яровой пшеницы на фоне различных приемов биологизации земледелия..............................94

5. Влияние приемов биологизации земледелия на фенологические и фитометрические показатели яровой пшеницы....................................................................97

5.1. Фенология и рост яровой пшеницы в высоту......................................................................97

5.2. Площадь листьев, фотосинтетический потенциал и чистая продуктивность фотосинтеза....................................................................................................................................................102

5.2.Накопление биомассы..................................................................................................................................112

5.3. Формирование продуктивного стеблестоя..............................................................................118

6. Продуктивность яровой пшеницы в зависимости от приемов биологизации земледелия............................................................................................................................................122

6.1. Структура урожая..........................................................................................................................................122

6.2. Урожайность яровой пшеницы......................................................................................................125

6.3. Качество зерновой продукции............................................................................................................127

7. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности приемов

биологизации земледелия............................................................................................................................131

Заключение .............................................................................................................................................................136

Рекомендации производству....................................................................................................................139

Список литературы..............................................................................................................................................140

Приложение..................................................................................................................................................................167

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Деградация черноземов (дегумификация, ухудшение физико-химических и агрофизических свойств, потеря устойчивости к негативным воздействиям естественного и техногенного происхождения) становится одной из наиболее актуальных проблем агрономической науки. На интенсивность ускорения или затормаживания деградационных процессов оказывают влияние удобрения, севообороты, агромелиоративные мероприятия, воздействия техногенного характера.

Снижение плодородия пахотных черноземов происходит в результате различных процессов: физических - эрозия; биологических - минерализация и недостаточное поступление органических остатков; физико-химических и минералогических - ухудшение кислотно-основных свойств почвы, разрушение и вымывание карбонатов кальция, гипса, гидрооксида железа и других структурообразо-вателей. Однако основной причиной снижения плодородия черноземов является длительное применение глубокой вспашки, которая иссушает, усиливает процессы окисления и ускоряет темпы снижения содержания гумуса в почве.

Отечественный и мировой опыт [21, 44, 72, 71, 73, 113, 111, 112, 137, 117, 127, 128, 129, 168, 291] показывает, что снижение техногенных нагрузок на почву и усиление факторов биологизации не только стабилизирует эколого-мелиоративное состояние агроландшафтов, но и обеспечивает дальнейший прогресс земледелия. В связи с этим очевидна необходимость разработки системы мероприятий, позволяющих на фоне разумного сочетания биологических и техногенно-химических операций найти компромисс между экономикой и экологией.

В настоящее время весьма актуальными являются исследования приемов комплексной мелиорации, оптимизирующей почвенное плодородие за счет использования сидератов из многолетних бобовых трав, соломы зерновых злаков, эффективных биопрепаратов и рациональной обработки почвы. Из биопрепаратов определенный интерес вызывают ассоциативные комплексные бактерии, позволяющие

уменьшить антропогенную нагрузку на почву за счет снижения потребности в химических средствах защиты растений и азотных удобрениях.

Степень разработанности темы. Важнейшими направлениями в биологизации земледелия являются: биомелиорация почвы соломой (Авров O.E. [3], Баздырев Г.И. [17], Данилов А. Н. [68]) и сидератами (Возняковская Ю.М [50], Иванов П.К. [100], Кор-милицын В.Ф. и др. [138,139]); фитомелиорация с помощью многолетних трав (Денисов Е. П. [71,72], Панасов М. Н. [210,211]); минимализация обработки почвы (Картамышева Н.И. [112. 113], Макарова И.П. [168], Мальцева Т.С. [171], Овсинского И.Е. [205], Шугу-рова А.И. [318]); активизация участия микрофлоры (Возняковская Ю.М. [50], Завалин A.A. [91], Мишустин E.H. [187, 188, 189], Тихонович И.А. [274]) и зоофауны (Картамы-шев Н.И. [111]) в улучшении эколого-мелиоративного состояния почв и повышении продуктивности возделываемых культур. Комплексные подходы при биологизации земледелия предлагают использовать В.Б. Беляк [21] и В.И. Кирюшин [129].

При разработке комплекса технологических приемов биологизации земледелия в Центрально-Черноземной зоне (ЦЧЗ) был учтен опыт и использованы наиболее эффективные разработки перечисленных ученых и практиков.

Цель исследований - разработать наиболее эффективный комплекс технологических приемов биологизации земледелия, снижающих антропогенное влияние на агроландшафт, улучшающих эколого-мелиоративное состояние черноземов и повышающих продуктивность зерновых агроценозов.

Задача исследований:

• оценить влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром (клевер красный) на поступление органического вещества в почву и баланс гумуса;

• определить изменение агрофизических свойств чернозема под воздействием многолетних бобовых трав и способов заделки в почву соломы и сидератов;

• изучить влияние приемов биологизации земледелия на водный режим почвы и мелиоративное состояние чернозема выщелоченного;

• выявить динамику почвенной биоты в зависимости от количества и способов заделки в почву растительных остатков в звеньях севооборота с чистым и сидеральным паром;

• оценить влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром, поверхностной (мульчирующей) и глубокой отвальной обработки почвы, последействие соломы, биопрепарата Бисолби-Сана и азотных удобрений на изменение продуктивности яровой пшеницы;

• провести экономический и биоэнергетический анализ эффективности приемов биологизации земледелия.

Научная новизна. Впервые в ЦЧЗ изучен комплекс технологических приемов биологизации земледелия (звенья севооборота с чистым и сидеральным паром, био- и фитомелиорация, азотные удобрения и ассоциативные бактерии, отвальная и поверхностная обработка почвы), направленный на снижение антропогенной нагрузки на агроландшафты, улучшение их эколого-мелиоративного состояния и повышение продуктивности агроценоза. Обосновано вариативное применение приемов биологизации земледелия на выпаханных и относительно благополучных полях. Определен количественный показатель снижения нормы азотных удобрений, соответствующий азотофиксирующим возможностям ассоциативных бактерий.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

В ООО «Агрохимальянс» Кирсановского района Тамбовской области было внедрено в производство использование звена севооборота с сидеральным паром и поверхностный способ заделки в почву измельченной соломы на площади 297 га с общим экономическим эффектом 401 тыс. руб. В результате чего снизилась антропогенная нагрузка на агроландшафт. Условный чистый доход при производстве зерновой продукции увеличился на 1,35 тыс. руб. с 1 гектара, а себестоимость 1 тонны зерна сократилась на 120 руб.

Методология и методы исследований. Теоретической и методологической основой в процессе работы над диссертацией служили научные труды отечественных и зарубежных ученых, а также разработки аграрных учреждений по исследуемой проблеме. К полевым опытам относились исследования приемов биологизации земледелия (солома + N30+30, солома + N30 + Бисолби-Сан, звенья севооборота с чистым и сидеральным паром, мульчирующая обработка почвы), эффективность которых оценивалась в посевах яровой пшеницы.

К лабораторным опытам относились исследования взаимосвязи количества и глубины заделки в почву соломы с изменением водно-физических свойств почвы.

Закладка опытов, исследования, отборы и анализы почвенных, растительных образцов, обработка полученных данных проводились в соответствии с методикой полевого опыта [81], рекомендациями [54, 167, 174, 176, 206, 239] и ГОСТами Основные положения, выносимые на защиту:

• влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром на поступление органического вещества в почву и баланс гумуса;

• динамика почвенной биоты, изменение водно-физических и агрохимических свойств чернозема выщелоченного в зависимости ог количества и глубины заделки в почву растительных остатков;

• влияние звеньев севооборота с чистым и сидеральным паром, поверхностной (мульчирующей) и глубокой отвальной обработки почвы, соломы, биопрепарата Бисолби-Сан и азотных удобрений на продуктивность яровой пшеницы;

• оценка биоэнергетической и экономической эффективности применения комплекса технологических приемов биологизации земледелия.

Степень достоверности и апробация работы. Материалы научных исследований доложены и обсуждены: на четырех международных научно-практических конференциях (Саратов, 2007-2010), на двух региональных научно-практических конференциях в ГНУ «НИИСХ Юго-Востока» (Саратов, 2009, 2010) на шести научных конференциях профессорско-преподавательского состава в ФГОУ ПВО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова (Саратов, 2007-2012).

По материалам диссертации опубликовано в соавторстве 16 научных работ общим объемом 6,90 печ. л., пять из которых - в изданиях, включенных в перечень ВАК. Лично соискателю принадлежит 2,52 печ. л.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 226 страницах компьютерного текста, состоит из введения , 7 глав, выводов и предложений производству, содержит 35 таблиц, 15 рисунков, 59 приложений. Список использованной литературы включает в себя 325 источников, в том числе 4 - зарубежных.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ, ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

И ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ

1.1. Причины снижения плодородия черноземов

Почвенный покров Тамбовской равнины в основном состоит из черноземов типичных и выщелоченных, обладающих огромным потенциальным плодородием, благоприятными агрохимическими и водно-физическими свойствами, что гарантирует их длительное использование в сельскохозяйственном производстве.

В отличие от других почв богатство и сила плодородия черноземных почв заключается, прежде всего, в высоком содержании и благоприятном составе почвенного гумуса. Плодородие - это наследство, доставшееся нам с далеких доисторических (5-20 тыс. лет) времен [281]. Исходный карбонатный состав лессовидных пород создает нейтральную реакцию почвы и оптимальное содержание макро- и микроэлементов. К этому следует добавить, что гумусовый горизонт имеет значительную мощность в определенных случаях до метра и более. Например, по многим опубликованным 40-50 и более лет назад литературным данным, чернозем выщелоченный отличается от серых лесных и подзолистых почв высокими емкостью поглощения и суммой обменных оснований, степенью насыщенности ими в пределах 80-90 %.

При достаточно высоком значении рН сол. (5,5-6,0) они относились к почвам слабокислым, не требующим известкования [9].

В последние годы деградация черноземов, наиболее плодородных почв, при их длительном сельскохозяйственном использовании, становится одной из наиболее актуальных проблем агрономической науки. Особую тревогу вызывает де-гумификация этих почв, ухудшение физико-химических и агрофизических свойств, заметное снижение их устойчивости к негативным воздействиям естественного и техногенного происхождения [97, 256, 270, 281, 304].

Проблема деградации почвенного покрова характерна не только для черноземных, но и для других почв России. По данным академика А.Н. Каштанова [120] 124 млн га подвержены эрозии и дефляции, до 1,5 млн га выросла площадь оврагов, на 74 млн га происходит опустынивание в аридной зоне России, 16 млн га засолены.

Рассматривая состояние и эколого-экономические проблемы использования черноземов, необходимо определить и проанализировать основные причины деградации почв и снижение их плодородия.

Деградация черноземов наиболее часто происходит при комбинированном воздействии природных и антропогенных факторов. Например, уничтожение на склонах естественной растительности активизирует смыв почвы, неумеренный выпас скота на легких почвах в степной зоне - ветровую эрозию, воздействие пропашных культур усиливает минерализацию гумуса, нарушает его баланс [42]. Так, один из первых исследователей Ставропольских степей Д.Л. Иванов в своем труде «Влияние русской колонизации на природу Ставропольского края», 1886 г., писал о том, что переселенцев невозможно было убедить, что пыльные бури не наказание за грехи, а результат алчности в расхищении природных средств страны,... истреблении растительности, особенно древесной и кустарниковой, а также разрушения поверхностных слоев почвы и обнажении коренных пород, не продуманной эксплуатации естественных вод: ключей и рек [298].

По данным ученых Ставропольского ГАУ [298] за 40-50 лет на пашне склоновых участков (уклон - до 4-8°) Было потеряно 30-50 см почвы. То есть к середине 21 века на дневную поверхность выйдет материнская порода, и возделывание сельскохозяйственных культур станет невозможным.

Известно, что каждый эродированный гектар ежегодно теряет до 700 кг гумуса, а недобор урожая в результате составляет от 10 до 50 % [55].

По мнению ученых [70, 129, 319] одним из важнейших показателей определяющих качество земель является содержание и запасы в почве органических веществ, и в первую очередь гумуса. Органическое вещество в значительной мере определяет емкость поглощения катионов. Большое значение имеет комплек-

сообразующая способность органического вещества. С ним связано образование агрономически ценной структуры почвы, увеличение влагоемкости. Известно стимулирующее воздействие гумусовых веществ на рост и развитие растений [140,215].

Гумусовое состояние почв принято характе