Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние минеральных удобрений на продуктивность люцерны и озимой пшеницы в звене орошаемого севооборота на карбонатном черноземе

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Бортникова, Людмила Алексеевна, Москва

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСЮГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИСОЩОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ УДОБРЕНИЙ И АГРОШЧВОВЕ-ДЕНИй ИМЕНИ Д. Н. ПРЯНИШНИКОВА.

КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ НАУЧЮ-ИССЗДОВДТЖШШЙ ИНСТИТУТ СЕ)1ЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

БОРТНМКОВА ЛВДША АЛЕКСЕЕВНА

ШИШЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛЮЦЕРНЫ И ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В ЗВЕНЕ ОРОШАЕМОГО СЕВООБОРОТА НА КАРБОНАТНОМ ЧЕРНОЗЕМЕ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук Е.А.Зверева

Москва -

1999

ОГЛГАВЛЕНИЕ

стр.

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

1. Обзор литературы ..........................................................................Ю

1.1. Вяияние удобрений на суммарное водопотребление я коэффициент водопотреблешга сельскохозяйственных культур........................................................10

1.2. Вопросы удобрения люцерны и озимой пшеницы при орошении ....................................................14

1.3. Вжияние удобрений на качество люцерны и озимой пшеницы ............................................21

2. Условия и методы исследований ...................................................29

2.1. Погодно-климатические условия..........................................29

2.2. Физико-химическая характеристика карбонатного чернозема ............................................................36

2.3. Характеристика, оросительной воды....................................39

2.4. Методы'проведения исследований............................41

2.5. Агротехника возделывания культур.....................4?

3. Режим влажности почвы и водопотребдения посевами

культур..........................................................51

3.1. Режим влажности почвы ......................................51

3.2. Влияние удобрений и погодных условий на суммарное водопотребление и коэффициент водопотребдения люцерны ж озимой пшеницы..................................58

4. Питательны! режим карбонатного чернозема......................67

4.1. Динамика содержания нитратного азота в почве............6?

4.2. Фосфатный режим почвы...............................................79

4.3. Динамика содержания подвижного калия в почве............95

стр,

5. Влияние удобрений на урожайность люцерны и озимой пшеницы 106

5.1. Последействие удобрений, на урожайность люцерны ...... 106

5.2. Влияние удобрений на урожайность озимой пшеницы ..... 114

5.3. Продуктивность звена севооборота .................... 120

5.4. Последействие навоза и минеральных удобрений на урожайность люцерны во 2-й ротации.......................123

5.5. Связь урожайности культур с содержанием подвижного фосфора в почве...........................................130

6. Вынос элементов питания урожаями и баланс их в почве ..... 141

6.1. Содержание элементов питания в урожае культур и

6.2. Влияние последействия удобрений на накопление люцерной органического вещества и биологического азота в почве............................................... 157

6.3. Баланс элементов питания в почве .................... 165

7. Действие и последействие удобрений на качество люцерны и

озимой пшеницы........................................... 174

7.1. Влияние последействия удобрений на качество сена лкъ

7.2. Влияние удобрений на качество зерна озимой пшеницы .. 182

7.3. Влияние длительного применения удобрений на содержание тяжелых металлов в почве и в продукции люцерны ...... 189

в ы в о

Д ¿1......................................... 196

ЛИТ ЕР А Т У Р А _____... о........................ 203

ПРИЛОЖЕНИЯ.......

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшим условием создания прочной продовольственной базы в стране является достижение высоких темпов развития сельскохозяйственного производства на основе эффективного использования земель, ускоренного внедрения достижений науки и передового опыта. Большая роль в повышении плодородия почв, продуктивности культур и улучшении качестза продукции принадлежит минеральным ж органическим удобрениям. Кроме того, оптимизация использования агрохимических средств является также и решением экологических проблем в земледелии.

Однако, сейчас Россия замыкает таблицу цивилизованных стран по уровню применения минеральных удобрений. По данным 1СХ РФ количество применяемых в стране минеральных удобрений снизилось с 14,2 млн. тонн в 1988 году до 1,1 млн. тонн в 1994 году. Это привело к резкому снижению уровня урожайности культур и к дефициту баланса питательных веществ в почвах.

Введение в севообороты бобовых многолетних трав приводит к увеличению содержания органического вещества в почве, к снижению затрат минерального азота и увеличению урожая пропашных и зерновых культур в севооборотах. Роль бобовых культур также велика в создании кормовой базы. В зерне злаков белка содержится 9-12$, а в зерне бобовых - 20-40% и более. Втрое богаче белком и солома этих растений.

Бобовые культуры не только себя обеспечивают азотом, но и накапливают его в составе оставляемых после себя до 80-100 ц/га абсолютного сухого вещества пожнивных и корневых остатков, обогащая им почву и активизируя при этом деятельность полезных микроорганизмов, повышают ее плодородие.

При активном синтезе азота из воздуха высокоурожайными бобовыми травами за вегетацию в биологический круговорот может быть вовлечено симбиотического азота до 400 кг/га и более, а сбор сырого белка достигает при этом 1,5-2,0 и даже 3 т/га за вегетационный период. Белковая продуктивность биологического азота значительно выше азота минеральных удобрений, благодаря чему можно получать дешевую и экологически чистую продукцию.

Однако, несмотря на это, бобовые культуры занимают в России немногим более 11% пахотных земель, из них - около 2,0 млн.га на орошаемых землях. В США их высевают на 26-28$ пахотной площади.

Урожайность многолетних трав в настоящее время даже при орошении остается низкой - до 220 ц/га зеленой массы, что в 2-3 и более раза ниже их потенциальной возможности.

Основной причиной низкой продуктивности люцерны является несовершенство технологии возделывания ее, важнейшие звенья которой - системы орошения и удобрения. Недостатки условий возделывания заключаются, прежде всего, в несвоевременных и некачественных поливах, а также в недостаточно дифференцированных подходах к применению удобрений, без учета специфики культуры и плодородия почвы каждого поля. Особенно важно для всех культур, в том числе и для люцерны, учитывать обеспеченность почв подвижным фосфором, которая очень варьирует в зависимости от количества вносимого фосфора удобрений.

Наличие в почве подвижного фосфора - один из основных показателей ее плодородия. В Северо-Кавказском экономическом регионе около Ъ2% площади пашни и 42% сенокосных угодий имеют низкое и очень низкое содержание этого элемента. В КЕР содержание подвижного фосфора в почвах также является основным элементом, лимитиру-

ющим урожайность сельскохозяйственных культур. По результатам 3-го тура обследования почв (1976-1982 г.г.) в КБР площадь пашни с низким содержанием подвижного фосфора снизилась со 172,1 до 91,1 тыс. га или с 53,7 до 28,455. За счет этого увеличилась площадь пашня со средним содержанием подвижного фосфора - от 12$,9. до 142,5 тыс.га или с 40 до 46,6% и в 4 раза (с 20,3 до 80,7 тыс.га) увеличилась площадь жашня с высоким содержанием подвижного фосфора. В настоящий период наблюдается резкое снижение содержания всех питательных элементов в почве. При этом особенно остро встает проблема фосфора в земледелии, так как единственным источником пополнения содержания фосфора в почве являются фосфорные удобрения, а запасы фосфорного сырья имеют определенную ограниченность. В связи с создавшимся сегодня положением с применением удобрений, важнейшей, задачей является разработка мероприятий по повышению эффективности фосфорных удобрений, среди которых основное значение имеет установление оптимальных доз их с учетом содержания подвижного фосфора в почве каждого поля, потребностей культур и уровнем планируемой урожайности.

Все еще недостаточно изучен вопрос о необходимости применения азотных удобрений под бобовые культуры, в том числе и под люцерну, и о размерах доз их, а также о дозах азотных удобрений под культуры, идущие поеле люцерны,

Агрохимические обследования показали, что преобладающее большинство почв Северо-Кавказского региона имеют достаточную обеспеченность подвижным калием. Задачей исследований здесь является постоянный контроль за изменением, величины этого показателя в связи с большим ежегодным выносом калия урожаями при высоких уровнях их на орошаемых землях.

В орошаемом земледелии одним из важнейших является вопрос

оптимизации доз азотных удобрений и создание уравновешенного или положительного баланса, азота и гумуса в почве, Шэтому здесь особенно необходимо установление размеров накопления органического вещества и симбиотического азота в почве при выращивании люцерны.

Целью исследований являлось совершенствование системы удобрения в звене севооборота - люцерна, люцерна, озимая пшеница - на карбонатном черноземе при орошении на основе создания оптимальной обеспеченности элементами питания для получения планируемой урожайности культур.

Задачи исследований

1. Изучить азотный, фосфатный и калийный режимы почвы в зависимости от систем удобрения, установить количественную связь изменения содержания подвижного фосфора в почве с дозами и веш~ чинами выноса урожаями.

2. Изучить влияние действия и последствия удобрений на урожайность люцерны и озимой пшеницы, качество получаемой продукции и водо-потребление.

3. Установить величины оптимального содержания подвижного фосфора в почве для получения достигнутых уровней урожайности люцерны и озимой пшеницы.

4. Определить размеры накопления органического вещества и биологического азота в почве при 2-х летнем возделывании люцерны и их влияние на урожайность озимой пшеницы.

5. Установить величины выноса элементов питания урожаями, состояние баланса их в почве и долю участия биологического азота в нем, дать балансовую оценку изучавшихся систем удобрения.

6. Изучить эффективность расчетных доз фосфорных удобрений при выращивании люцерны.

7. Определить уровни накопления тяжелых металлов в почве и в продукции люцерны в связи с длительным применением удобрений.

Научная новизна.

Озервые на предкавказеком карбонатном черноземе при орошении установлена количественная связь урожайности люцерны при 3-х и 4-х укосном использовании ее в течение двух лет с содержанием подвижного фосфора в почве. Определены величины оптимального содержания подвижного фосфора для получения 330-340 и 400-410 ц/га сена за два года и уровень содержания его,.при котором урожайность снижается. Установлены нормативы повышения содержания подвижного фосфора в почве в расчете на 100 кг/га вносимых разными дозами на различных фосфатных фонах, и нормативы снижения содержания его в почве от 100 кг/га выноса урожаем люцерны. Определены величины выноса I, единицей урожая люцерны и озимой пшеницы в зависимости от содержания подвижного фосфора в почве и уровня урожайности. Установлены размеры накопления люцерной снмбиотического азота, оставляемое в почве количество и доля участия его в балансе азота. Доказана возможность получения 340-400 ц/га сена люцерны за 2 года в севообороте при орошении без внесения под нее азотных удобрений и 50 ц/га зерна озимой пшеницы по дозе азота 30 кг/га при посеве ее после люцерны. Установлено отсутствие загрязнения почвы и сена люцерны тяжелыми металлами при длительном применении высоких доз удобрений.

Практическая ценность

Установленные связи урожайности люцерны и озимой пшеницы с содержанием подвижного фосфора в почве и связи содержания его в почве с дозами РдО^ и выноса Р2О5 урожаями позволяют создавать оптимальное содержание подвижного фосфора в почве для каждого поля

для этих культур внесением расчетных доз фосфора. Высокая эффективность таких доз при выращивании люцерны показана в опыте. Учет накапливаемого люцерной биологического азота делает возможным снижение дозы азота под озимую пшеницу, идущую после люцерны, до 30 кг/га.

Применение доз удобрений с учетом состояния баланса элементов питания в почве позволит направленно регулировать плодородие ее. Установленные величины коэффициента водопотребления изучаемых культур при оптимальной обеспеченности элементами питания сделают возможным правильное распределение оросительной воды и наиболее продуктивное использование ее.

I. ОБЗОР ЖГЕРАТЛ'Ы

1.1. Влияние удобрена! на суммарное водопотреб-ление ж коэффициент недопотребления сельскохозяйственных культур.

Одним из главных факторов, ограничивающих уровень урожайное^ ти люцерны в степной зоне Северного Кавказа, является недостаток, влаги в почве. Периодическое снижение запасов влаги дане при достаточном обеспечении элементами питания вызывает прекращение сим-биотической азотфиксации, отмирание клубеньков, замедление ростовых процессов растений, резкое снижение урожайности. Поэтому для получения высокой урожайности культур необходимо проведением поливов поддерживать почву в состоянии оптимального увлажнения, которое означает наиболее благоприятное для жизнедеятельности корневых систем соотношение воды и воздуха в почве и, с другой стороны, достаточную подвижность воды для бесперебойного питания растений и создания высокого урожая. Установлено, что в большинстве почв подвижной и легкодоступной является влага, превышающая 65-70%" НВ (Ал-патьев, 1965, и др.).

Запасы доступной воды в почве и соотношение воды и воздуха в ней при разных условиях увлажнения зависят от ее водно-физических свойств. Различают верхнюю и нижнюю границы оптимальной влажности . почвы - верхняя граница соответствует величине НВ (наименьшая вла-гоемкость), нижняя - может варьировать в пределах 70-80% НВ в зависимости от гранулометрического состава, водно-физических и других свойств почвы.

Глубина увлажняемого при поливе слоя почвы зависит от мощности корневой системы культуры» водно-физических свойств почвы, погодных условий, наличия водных ресурсов и колеблется обычно в пре-

делах 0,6-1,0 м.

Исследованияш, проведенными на карбонатных черноземах в период о 1960 по 1980 годы, установлено, что для большинства культур оптимальным является поддержание нижнего порога влажности почвы на уровне 70-80$ НВ (Льгов, 1967; Зинковский, Адиньяев, 1968; Энеев, 1975; Кумахова, Кажоков, 1983 и другие). Этими работами, а также исследованиями в других зонах страны и за рубежом показано, что создание оптимального режима влажности почвы повышает эффективность удобрений, а применение удобрений повышает эффективность орошения (Балябо и др., 1971; Караханов, 1971; Ковач, 1976; Таранов, 1985; ЭС^/чтег, Д984 и др.).

Применение орошения и удобрений приводит к повышению интенсивности и продуктивности физиологических процессов, в том числе ж фотосинтеза (Петинов, 1976). В связи с формированием более высокой биомассы в этих условиях повышается общее (суммарное) водопотреб-ление, то есть расход воды на единицу площади посева.

Многими исследователями установлено, что применяя системы агротехнических мероприятий, можно повысить урожайность культур и значительно снизить расход воды растениями. Одним из средств, способствующих экономному расходованию воды растениями и посевами в целом, является создание рациональной системы питания путем применения оптимальных доз удобрений (Носачевский, 1965; Льгов, 1967; Петинов, 1976; Лысогоров, 1974; Кшшенко, 1975; Зверева, 1987; Ар-кушанин Р., 1985; Шатилов, 1975; Конончук, 1990; Кружилш, Дроно-ва, 1993; Унежев, 1996 и другие). Это показано и в наших исследованиях (Бортникова, Закураев, 1987).

Повышая урожайность, удобрения приводят к увеличению суммарного водопотребления, но оно возрастает не пропорционально увеличению урожайности, а в значительно меньших размерах, что обусловлено

снижением расхода влаги на создание единицы сухо! массы в оптимальных условиях влагообеспеченности и питания растений, то есть повышением продуктивности транспирации Шетинов, 1966). 1кесто показателя продуктивности транспирации в практике применяется показатель общего расхода воды на единицу урожайности основной продукции, называемый коэффициентом водопотребления.

Величина суммарного водопотребления зависит от метеорологических условий, продолжительности вегетационного периода, вида растения, уровня агротехники и урожайности. Так, суммарное водопотреб-ление люцерны в опытах Н. С.Ягияева (1971) в условиях равнинной зоны Дагестана при поддержании нижнего порога влажности почвы на уровне 70-80% НВ составляло 6000-7300 м^/га, в опытах Н.Г.Надирова

(1980) на почвах Апшеронского полуострова 7000-9000 м^/га, в опы-

1

тах В. В. Кэнончука (1990) на светло-каштановых почвах Поволжья -2620-4850 м^/га. Водопотребление посевом озимой пшеницы в степной зоне КЕР по данным Т. П. Лифаненковой (1975) составляло в среднем -2100-4400 м^/га., уменьшаясь в годы с малым количеством осадков и увеличиваясь во влажные годы, а также с увеличением поливных норм.

Существенно различаются и величины коэффициента водопотребления одних и тех же культур в зависимости от уровней урожайности и друтих условий. Так, расход воды