Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние основной обработки почвы и различных режимов орошения на водопотребление и урожайность зерновой кукурузы в сухостепной части Заволжья

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Летучий, Александр Владимирович, Саратов

саратовский государственный аграрный университет

им. н.и. вавилова

/) //

ЛЕТУЧИИ Александр Владимирович

«У

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

И РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ ОРОШЕНИЯ НА ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ И УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВОЙ КУКУРУЗЫ В СУХОСТЕПНОЙ ЧАСТИ ЗАВОЛЖЬЯ

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Денисов е.п.

Саратов 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. Обзор литературы 6

1.1. Способы обработки и их влияние на плодородие почвы 6

1.1.1. Динамика гумуса почвы при ее обработке 6

1.1.2. Влияние различных способов основной обработки на физические свойства почвы 13

1.1.3. Водный режим и основная обработка почвы 15

1.1.4. Влияние основной обработки на засоренность 20

1.1.5. Динамика пищевого режима почвы в зависимости от

основной обработки 23

1.1.6. Влияние обработки почвы на урожайность орошаемой

кукурузы 25

1.2. Режим орошения как мелиоративный прием регулирования

водного режима 27

1.2.1. Вод ©потребление кукурузы 27

1.2.2. Режим орошения 30

2. Почвено-климатические условия проведения опыта 37

2.1. Почва 37

2.2. Климат 39

2.3. Погодные условия 41

3. Схема и методика проведения опыта 45

3.1. Схема опыта 4 5

3.2. Методика исследований 46

4. Результаты исследований 50

4.1. Фенологические наблюдения 50

4.2. Агрофизические свойства почвы 55

4.2.1. Плотность почвы 5 5

4.2.2. Пористость почвы 61

4.2.3. Структурность почвы 63

4.2.4. Водопроницаемость почвы 68

4.2.5. Питательный режим почвы 74

4.3. Динами влажности почвы под семенной кукурузой 79

4.4. Водогютребление кукурузы 125

4.4.1. Расход влаги 125

4.4.2. Эффективность орошения кукурузы на зерно 146

4.5. Урожайность зерна кукурузы 156

4.5.1. Влияние режимов орошения на урожайность кукурузы 156

4.5.2. Влияние основной обработки почвы на урожайность кукурузы 167

4.5.3. Урожайность зерна различных гибридов кукурузы 172 5. Энергетическая эффективность 175 Выводы 181 Рекомендации производству 182 Список использованной литературы 184 Приложения 205

Актуальность темы. В связи с увеличением стоимости энергоресурсов, ухудшением экологической обстановки и социальных условий в Российской Федерации необходима разработка нового поколения экологически безопасных и экономически выгодных энерго- и ресурсосберегающих технологий возделывания всех сельскохозяйственных культур, в том числе и кукурузы на зерно,

Полив и обработка почвы — наиболее энергоемкие приемы в технологии выращивания этой культуры при орошении.

Поэтому одним из приоритетных направлений в решении данной проблемы является совершенствование технологии возделывания куку-

-рчт7пт т ттл алттл"пд ^ п т т1таттп ТТТ i т / \ г ' / \ ттлтт/-\ттт п ат1п1 тпп /\1Л ^ /м т - i' . 1 _ г i ттат* 11 / \ ' г г т ттл / ч

рЗ'охя ОЫгилоС у а цп л а. юпи1 и п1нши»л;лаппл ОрО^л 1 июпии па \p\j-

не различных приемов основной обработки почвы. Анализ научно-технической литературы позволяет сделать вывод о недостаточной изученности данных вопросов в условиях сухостепной части Заволжья.

Цель и задачи исследований. Целью исследований в данной работе

_____ ____ _ ________ СН ___ ___ _ ____

является выявление потенциальных возможностей орошения темнокаш-тановых почв при сочетании различных способов обработки почвы с

ТТТ * Лл Л\ л« /\Г ТТ тт ПТГТ»Т Т» #ТТ Т^ /> тг Л л^ АТ1 О Т /Л ТТУГ ТТ, Т 1—Г УЧ ГТТ ТТЛ ТТТ Г* Г Ъ |ТТ гтГтгг

ДИуфсршцирийашымИ о О ДО С О Ср С1 ашщнм« нилнинымк рсАшиамп ДТл

создания энерго- и ресурсосберегающих технологий орошаемых культур в условиях сухостепной зоны Заволжья.

В задачи исследований входило: выявление влияния способов обработки на физические свойства почвы; определение влияния различных обработок на пищевой режим почвы; изучение значения способов основной обработки почвы в регулировании водного режима;

оценка влияния различных обработок почвы на рост, развитие и урожайность перспективных гибридов кукурузы;

исследование влияния дифференцированных режимов орошения на водный режим почвы и растений на фоне различных приемов обработки почвы;

изучение динамики питательных веществ в почве при различных режимах орошения;

определение возможности регулирования роста, развития и продукционных процессов растений с помощью дифференцирования поливных режимов:

оценка энергетической эффективности сочетания различных способов обработки почвы и дифференцированных режимов орошения при выращивании кукурузы на зерно в сух о степной части Заволжья.

Научная новизна. Впервые для орошаемых каштановых почв сухо-степной части Заволжья изучено влияние дифференцированных режимов орошения на фоне различных основных обработок почвы на влагообес-печенность, использование поливной воды и продуктивность зерновой кукурузы. Установлен оптимальный с точки зрения сбережения влаги режим орошения для возделывания кукурузы на зерно. Показана отзывчивость на орошение перспективных гибридов кукурузы и эффективность использования поливной воды в зависимости от их продуктивности.

Практическая ценность заключается в усовершенствовании технологий возделывания кукурузы на зерно за счет сочетания дифференцированных поливных режимов с рациональными способами обработки почвы, позволяющих повысить эффективность орошаемого гектара при экономном использовании водных ресурсов.

Апробация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 работ. Материалы диссертации доложены на научных конференциях преподавателей СГАУ им. II.И. Вавилова в 1995-1999 гг. Результаты исследований нашли отражение в учебном процессе при подготовке студентов агрономических специальностей и внедрены в хозяйствах НПО «С аратов сор! о » на площади 830 га.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Li. Способы обработки и их влияние на плодородие почвы 1.1.1. Динамика гумуса почвы при ее обработке.

Под влиянием сельскохозяйственного использования почвенный покров претерпевает эволюционные изменения. При этом антропогенное изменение почв совершается быстрее, чем естественным путем за счет генезиса. Об этом свидетельствуют результаты исследований многих ученых в различных 1 ючвенно-климатических зонах страны (П.Г. Адери-хин. 1964; П.Г. Адерихин, А.Н. Щербаков, 1973; В.Р. Волобуев, 1974; И.П. Герасимов, 1976; A.M. Гринченко с соавторами, 1964, 1983; В.А. Ковда, 1973; Б.Б. Полынов, 1956; A.A. Роде, 1948; З.А. Синкевич, 1975; Б.Х. Фиапшев, С.Х. Шхацева,1979).

Обработка почвы является наиболее энергоемкой технологической операцией при выращивании сельскохозяйственных культур.

Поэтому она издавна привлекает внимание науки и практики с точки зрения снижения затрат на ее проведение, влияние ее на сложение пахотного слоя и создание оптимальной плотности почвы, а также воздействие этой операции на гумусное свойство почвы, структуру и другие физические, химические и физико-химические свойства.

По мнению H.H. Лысиковой, И.В. Ржевской (1975) и Д.С. Орлова (1980), наиболее информативным критерием изменения в направленности почвообразовательных процессов под влиянием длительной обработки является изменение содержания гумуса в почве и его распределения в почвенном профиле.

Многочисленными исследованиями установлено, что в процессе сельскохозяйственного использования по мере распашки почв количество органического вещества уменьшается (А.И. Иорганский с соавтором, 1989; М.М. Кононова, 1951, 1963; М.И. Рубинштейн, Т.Т. Таза беков, 1985; В.П. Яковченко, 1989).

По данным Государственного Центрально-Черноземного заповедника им. В.В. Алехина, целинные участки содержали 576 т/га гумуса. После распашки через 8 лет его количество снизилось до 492 т/га, через 30 лет - до 475 т/га, через 67 лет - до 394 т/га или на 30,9 %,

Данные, приведенные С.Б. Кененбаевым, А.К. Куришбаевым (1992), показывают, что двадцатилетнее использование светло-каштановых почв привело к уменьшению запасов гумуса в слое 0-20 см с 55 до 39 т/га.

При недостаточном внесении органических удобрений обработка усиливает процессы минерализации гумуса и приводит к сокращению его запасов под зерновыми культурами на 0,3-1,2 т/га, под пропашными - на 0,9-1,7 Д.А. Кореньков, 1990).

По данным многолетних агрохимических обследований, проведенных научными учреждениями за последние 30 лет, содержание гумуса в основных типах почв снизилось с 4,0-4,5 до 3,0-3,5 % (A.C. Найденов, А.Г. Солдатенко, С.С. Терехова, 1991).

Типичные черноземы Воронежской области за 80 лет земледельческого использования потерями 25-30 % гумуса.

Содержание гумуса в каштановых почвах Алтайского края в 1896-1899 гг. составляло 3,7-5,5 %, в 1973-75 гг. только 1,1 - 2,1 % (С.А. Воробьев с соавторами, 1991).

Содержание гумуса наиболее интенсивно снижается в первые 1015 лет после распашки из-за быстрого разложения лабильных форм органического вещества. В дальнейшем этот процесс замедляется и стабилизируется вследствие наступления равновесия, соответствующего новым условиям. Например, среднегодовые потери гумуса в пахотном слое южного чернозема в зернопаровых севооборотах в первое десятилетие составили около 1 т/га, во второе - 0,5; в третье - 0,4 т/га. В последующие 30 лет становились примерно одинаковые потери гумуса - 0,3 т/га в год (С.А. Воробьев с соавторами, 1991).

Южные и обыкновенные черноземы Казахстана за 15 лет после подъема целины до освоения почвозащитной системы земледелия потеряли, в зависимости от i рапулометрического состава от 11 до 36 % гумуса в пахотном слое, что значительно больше биологических потерь (В.И. Кирюшин, 1993, 1996).

Длительная обработка почвы без удобрения отрицательно действует и на другие свойства почвы. А именно, ухудшается ее структура, развивается водная и ветровая эрозия, снижаются запасы питательных веществ, уменьшается сумма поглощенных оснований и степень насыщенности почв основаниями (A.A. Борин с соавторами, 1994; С.А. Воробьев с соавторами, 1991; Р.Ф. Дюков, 1979; Ф.Т. Моргу л, 1981: В.А. Фраицессон, Е.Ф. Кривицкая, 1959).

Опытами В.И. Слесарева (1996) установлено, что в связи с частыми механическими обработками содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое (0-20 см) снижалось па 16,6 %, а в подпахотном слое - на 4,9 % по сравнению с целиной.

Но, с другой стороны, правильной обработкой почвы создается ее оптимальное строение, обеспечивается лучшее для культурных растений соотношение воздуха и воды в толще обрабатываемого слоя и интенсивное развитие почвенной микрофлоры.

Как и все агротехнические мероприятия, обработка почвы не может быть одинаковой. В пределах зоны, в хозяйствах должна устанавливаться своя система обработки почвы. Она дифференцируется в зависимости от типа почвенной разности, засоренности поля, нредшествующей и последующей культуры от складывающихся погодных условий, уклона и степени эродированности (Р.Ф. Дюков, 1977; В.И. Кирюшин, 1996).

Многолетняя практика показывает, что культурная вспашка не всегда себя оправдывает и может быть заменена безотвальным рыхленп-

ем, минимальными обработками и другими перспективными приемами с учетом конкретно складывающихся условий (Р.Ф. Дюков, 1979) .

Применение высокоинтенсивных обработок почвы отрицательно сказывается на биохимической трансформации свежего органического вещества и его гумификации.

В условиях повышенной биологической активности при интенсивных обработках происходит ускорение минерализации свежего органического вещества и возникновение его дефицита в почвах, значительно увеличивается микробиологическая нагрузка и на гумус, что вызывает интенсивное его разложение. В этих условиях интенсивность микробного разложения органических веществ осуществляется по пути биологического сгорания и выброса углекислого газа в атмосферу. Коэффициенты гумификации при этом резко снижаются. Это сопровождается нерациональным использованием органических удобрений, которые быстро минерализуются и снижают свое участие в формировании гумусового фонда почв и их потенциального плодородия.

Это привело к широкому развитию дегумифнкации почвы. В настоящее время в основных земледельческих районах страны сложился отрицательный баланс гумуса (Г.Г. Данилов с соавторами, 1982; Д.У. Кук. 1970; H.A. Туев, 1988, 1989).

Обработка оказывает направленное воздействие на видовой состав и биохимическую деятельность почвенной микрофлоры.

Замена в ротации севооборота на супесчаных почвах, по данным H.A. Туев а (1989), вспашки безотвальной и поверхностной обработкой наметилась тенденция к повышению содержания гумуса. При этом затраты на обработку сократились в 1,5-2.5 раза и отмечено увеличение урожайности. Безотвальное и поверхностное рыхление на 8-Ю см отвальным лущильником в течение 12-15 лет не снижало биологическую активность дерново-подзолистых почв и урожайность сельскохозяйст-

венных культур. Некоторое снижение аэрации при этом повышало коэффициенты гумификации на 15-23 %.

После люпина коэффициент гумификации по вспашке на 30 см составил 10,3; после ячменя - 11,9; на фоне органических удобрений - 14,7 и 15,6; по безотвальному рыхлению на 30 см соответственно 13,2; 14,6; 19,1 и 20,7: по поверхностной обработке на глубину 10 см - 12,3; 13.0: 18,2 и 19,9 соответственно. Все это свидетельствует о широких перспективах почвоохранных ресурсосберегающих безотвальных и поверхностных способов обработки на супесчаных почвах.

На почвах тяжелого гранулометрического состава неприемлемы поверхностные и безотвальные обработки. Они не обеспечивали достаточного рыхления и не создают оптимальный водно-воздушный режим для полезных групп почвенных микроорганизмов.

Ухудшение азотного питания при этом снижает микробиологическую активность почвы и накопление аминокислот. Это положение относится к черноземам и другим типам почв.

Коэффициенты гумификации на черноземе обыкновенном составляли по отвальной вспашке 15,2; по плоскорезной обработке -17,1 и по рыхлению плугом без отвалов - 16,9, т.е. на 11,2 - 12,5 % выше,

По данным того же автора, при выборе прогрессивных способов обработки почв в данной зоне большое внимание уделяется их биологической оценке. Обработка почвы существенно изменяет таксономическую структуру микробных ценозов и их функциональную деятельность.

Результаты длительных полевых стационарных опытов НИИСХ Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева свидетельствуют о существенных корреляционных связях между способами обработки почвы. их биологической активностью, интенсивностью микробиологической минерализации свежего органического вещества и процессами гумификации (Кутовая, 1984).

Исследования, проведенные П.Д. Кошкиным (1997), показали, что длительная бесплужная обработка серой лесной почвы приводит к дифференциации пахотного слоя по содержанию гумуса. При мелкой обработке в течение 7 лет в слое 0-10 см его стало на 0,2 % больше, чем в слое 10-20 см.

При длительной обработке плоскорезом содержание гумуса в слое 0-10 см составило 1,73 %, а в слое 10-20 см - 1,56 %. По сравнению с исходным показателем после глубокой вспашки содержание гумуса снизилось в слое 0-10 см, но несколько увеличилось в нижележащем (10-20 см).

Опытами кафедры земледелия ТСХА установлено, что основная обработка почвы по типу отвальной вспашки обеспечивает положительный баланс гумуса, тогда как безотвальное рыхление - резко отрицательный (A.M. Лыков, 1978).

Система безотвальной обработки плугами со стойками СибИМЭ снижает содержание гумуса в слое 0-20 см на 0,27 - 0,60 %. Наибольшее значение обеднение почвы гумусом (на 0,93 - 0,97 и 0,50-0,51 %) происходит в слое 10-20 и 20-40 см соответственно (Н.В. Перфильев, 1995).

Ряд других исследований утверждают, что безотвальная обработка почвы способствует сохранению гумуса в почве по сравнению со вспашкой (В.В. Агеев, 1978, 1979; A.A. Борин с соавторами, 1994; В.Ф. Кульков с соавтором, 1996; В.П. Манжосов с соавтором, 1993).

Данные, приведенные В.И. Кирюшиным (1972), показывают, что после 11 -летней обработки на плоскорезных вариантах в слое 0-10 см гумуса содержалось на 0,35 % больше, чем на отвальной вспашке.

С.Б. Кененбаев (1989, 1992) и А.К. Куришбаев (1989) утверждают, что длительное применение плоскорезной обработки на светло- каштановых почвах способствовало увеличению запасов гумуса в метровом слое на 4,0, в пахотном слое - на 2,9 т/га по сравнению со вспашкой, что связано как с большим, чем на отвальной вспашке, содержанием расти-

тельных остатков, так и с лучшими гидротермическими условиями их гумификации.

Исследования Н.К. Шпкулы (1987) показывают, что при бесплужной обработке при заделке органических удобрений и пожнивных остатков в верхнем слое почвы 0-10 см усиливается процесс гумификации, а коэффициент гумусонакопления возрастает в слое почвы 0-5 см на 51 %, 5-15 см - на 24 %, 15-25 см - на 16 %, в слое 25-40 см - на 10 % по сравнению со вспашкой.

По данным Н.С. Чернил ев ского (1987). после 4-х летней безотвальной обработки заметного изменения содержания гумуса в верхней части пахотного слоя 0-10 см не установлено.

Изменение гумуса в почве вызвало и изменение водно - физических свойств почвы с наименьшей влагоемкое 1ью, влажностью почвы, плотности, пористости, водопр�