Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние пожнивного зеленого удобрения на агрофизические свойства дерново-подзолистой почвы и продуктивность зерновых севооборотов

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Николаев, Владимир Антонович, Москва

МОСКОВСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

имени К.А.ТИМИРЯЗЕВА

НИКОЛАЕВ Владимир Антонович

ВЛИЯНИЕ ПОЖНИВНОГО ЗЕЛЕНОГО УДОБРЕНИЯ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ СЕВООБОРОТОВ

Специальность 06.01.01 - Общее земледелие

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Г.ЛОШАКОВ

Москва - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

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

I. Обзор литературы........................................................................... 6

1.1. Современное состояние учения об окультуривании почвы........... 6

1.2. Агрофизические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы................................................................................................ 10

1.3. Агрохимические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы................................................................................................ 19

1.4. Влияние пожнивного зеленого удобрения на процессы окультуривания дерново-подзолистой почвы................................ 21

II. Условия и методика проведения исследований............................. 32

2.1. Почвенно-климатические условия.............................. 32

2.2. Схема опыта и методика полевых и лабораторных исследований................................................................................... 36

2.3. Агротехника полевых культур в опыте.......................................... 41

III. Изменение агрофизических и других свойств дерново-подзолистой почвы в специализированных зерновых севооборотах и при бессменных посевах зернофуражных культур с применением зеленого удобрения и удобрения соломой............................................................................................ 44

3.1. Сложение почвы.............................................................................. 49

3.2. Изменение структуры почвы........................................................... 55

3.3. Элементы водного режима.............................................................. 70

3.4. Динамика физико-химических свойств почвы............................... 82

3.5. Плодородие почвы и вопросы экологии......................................... 88

IV. Влияние пожнивного зеленого удобрения и удобрения соломой на урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность зерновых севооборотов........................................ 95

4.1. Урожайность сельскохозяйственных культур............................... 95

4.2. Продуктивность зерновых севооборотов....................................... 101

V. Экономическая и энергетическая оценка применения зеленого удобрения и удобрения соломой в специализированных зерновых севооборотах и при бессменных посевах зернофуражных культур.................................................................. 105

Общие выводы............................................................................................ 109

Рекомендации производству...................................................................... 112

Литература................................................................................................... 113

Приложения................................................................................................ 132

ВВЕДЕНИЕ

Достижения аграрной науки и передовой опыт сельскохозяйственного производства свидетельствуют о том, что основой устойчивого роста продуктивности земледелия в Центральном районе Нечерноземной зоны России является сохранение и повышение плодородия почвы. Успешное решение этой задачи требует научного обоснования оптимальных параметров агрофизических, агрохимических и биологических свойств почвы с целью разработки практических приемов расширенного воспроизводства плодородия почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Достижение этой цели возможно в рамках научно обоснованных адаптивных агроландшафтных систем земледелия, важным элементом которых является система севооборотов. Ее научному обоснованию, разработке и адаптации посвящена отраслевая программа Координационного Совета по севооборотам РАСХН (Государственный регистрационный № 01870052878). Согласно этой программе и плану научно-исследовательских работ Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева в 1990-1993 гг. на кафедре земледелия и методики опытного дела под руководством профессора В.Г.Лошакова были выполнены исследования по установлению эффективности чередования основных видов зерновых культур и пожнивной сидерации как в чистом виде, так и в сочетании с удобрением соломой в полевых зерновых севооборотах Центрального района Нечерноземной зоны России, специализированных на производстве зерна.

В результате проведенных комплексных исследований были разработаны оптимальные для яровых зерновых культур

агрофизические показатели плодородия почвы и выявлены основные закономерности изменения агрофизических и других свойств и режимов почвы под влиянием различных севооборотов и многолетнего применения пожнивного сидерата (белая горчица), установлена их нормативная эффективность в оптимизации показателей плодородия дерново-подзолистой почвы.

В диссертационной работе использованы некоторые результаты исследований, проведенных аспирантом А.И.Пашковым в 1980-1985 гг. в условиях того же стационарного полевого опыта.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю - Заслуженному деятелю науки РФ, профессору, доктору сельскохозяйственных наук В.Г.Лошакову, старшему научному сотруднику С.Ф.Ивановой, студентам-дипломникам П.В.Фомичеву и А.С.Алексеенко, коллективу кафедры земледелия и методики опытного дела, сотрудникам межфакультетской лаборатории разработки систем земледелия и животноводства ТСХА в учхозе «Михайловское» за большую помощь, оказанную в проведении научных исследований.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Современное состояние учения об окультуривании

плодородия почв

В Нечерноземной зоне России до 80...85 % земель сельскохозяйственного использования представлены малоплодородными дерново-подзолистыми и другими почвами (Т.Н.Кулаковская, 1982). Они характеризуются такими неблагоприятными для сельскохозяйственных растений свойствами, как повышенная кислотность, низкое содержание гумуса, питательных веществ, плохие водо- и воздухопроницаемость (А.И.Пупонин, 1984). Поэтому основное направление интенсификации земледелия этой зоны - окультуривание почв, повышение их плодородия, что является основной предпосылкой для эффективного действия других факторов, влияющих на уровень урожая (сорт, агротехника, химические средства защиты растений и т.д.), способствует стабильности производства растениеводческой и животноводческой продукции и поэтому должно рассматриваться как проблема не только на ближайшее время, но и на более отдаленную перспективу (В.А.Семенов, 1975, 1984; И.В.Кузнецова, 1977, 1978; Т.Н.Кулаковская, 1982; А.И.Пупонин, 1984; В.Д.Панников, С.М.Иванов, 1986).

Проблема окультуривания и управления плодородием дерново-подзолистых почв давно находится в центре внимания ведущих ученых нашей страны (В.П.Бужинский, 1942; М.Г.Чижевский, 1956; H.A.Сапожников, 1963, 1964; С.А.Воробьев, 1963; В.В.Гриценко, 1967, 1968, 1971; К.И.Балшен, 1971; В.Е.Егоров, 1972; М.Арлаускас, 1973; П.М.Балев, А.И.Бобровский, ' О.А.Раскушин, 1974).

Особую актуальность она приобретает в условиях интенсификации и специализации земледелия, что нашло отражение в работах В.Е.Егорова (1965), В.В.Гриценко (1969), Б.А.Доспехова (1972, 1976), И.П.Макарова (1975), Б.А.Доспехова, А.И.Пупонина (1976), К.И.Саранина (1978), М.Н.Гуренева (1980), И.Б.Макарова (1981), Т.Н.Кулаковской (1982), А.И.Пупонина (1984, 1994), В.Г.Лошакова (1987, 1996).

Окультуривание почвы есть направленное воздействие человека на почву при вовлечении ее в сельскохозяйственное производство, то есть процесс повышения естественного плодородия почвы путем применения научно обоснованных приемов воздействия на нее. Конечной целью этого воздействия является увеличение плодородия почвы, обеспечивающего высокие и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур (Г.И.Григорьев, В.М.Фридланд, 1964).

Т.Н.Кулаковская, И.М.Богденевич, М.И.Ярошевич и др. (1980) под окультуриванием почв понимают направленное создание свойств почвы и почвенных режимов, отвечающих требованиям культурных растений и обеспечивающих получение высоких и устойчивых урожаев с хорошим качеством сельскохозяйственной продукции.

Интенсивное земледелие предполагает обязательное научно обоснованное технологическое управление плодородием почвы. Особое значение в условиях интенсификации получила концепция расширенного воспроизводства и управления плодородием почвы. По мнению В.Д.Панникова (1984), окультуривание - это осуществление комплекса мероприятий по расширенному воспроизводству плодородия почв, повышению потенциального и

эффективного плодородия земель для получения высоких устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Возвращение почвенного плодородия к исходному состоянию означает простое воспроизводство плодородия. Создание почвенного плодородия выше исходного- уровня, что особенно важно для почв Нечерноземной зоны с ..низким природным плодородием, есть расширенное воспроизводство плодородия (А.Н.Каштанов, И.С.Кауричев, А.М.Лыков, 1983).

Основная задача воспроизводства плодородия заключается в том, чтобы, воздействуя на почву различными методами, обеспечить достижение ее плодородия до равновесного (природного) состояния и дальнейшее улучшение агрономических свойств до оптимальных параметров (Д.Д.Брежнев, И.С.Рабочев, А.К.Ильичев, 1981). При достижении оптимальных параметров почвенных свойств и качеств, за счет эффективного плодородия можно получать 80-85% валовых сборов растениеводческой продукции против 40-60%, получаемых в настоящее время (Т.Н.Кулаковская, 1982).

При разработке оптимальной системы управления плодородием почв, прежде всего, следует учитывать требования объективных законов возврата питательных элементов в почву, взаимодействия факторов роста и развития растений, минимума, оптимума, максимума и др. Только комплексный учет требований этих основных законов позволяет разработать оптимальную систему управления плодородием почвы, направленную на воспроизводство ее плодородия и постоянное повышение продуктивности земледелия (И.Д.Рудай, 1985).

Окультуривание и управление плодородием почвы должно проводиться на основе экологического подхода. Это основа для

создания оптимальных культурных экологических систем -рациональных агроценозов, обеспечивающих гармоничное сочетание конкретных групп сельскохозяйственных . культур в севообороте и комплекса почвенно-агроэкологических факторов, необходимых для получения высоких и устойчивых урожаев (А.М.Гринченко, В.Д.Муха и др., 1983).

Нормативно-технологический подход к регулированию плодородия почвы в настоящее время приобретает особенно важное значение. Он предполагает прямое использование теоретических разработок в практическом земледелии, конкретное управление почвенными условиями формирования урожая, позволяет одновременно дозировать воспроизводство почвенного плодородия (А.М.Лыков, В.В.Гриценко, И.С.Кауричев, 1986).

В последние годы в нашей стране сельскохозяйственное производство принимает более специализированный характер, и в связи с этим перед учеными встает проблема разработки интенсивных специализированных севооборотов с оптимально допустимым удельным весом основных культур.

Научно-агрономической основой развития земледелия были и остаются севообороты с оптимальным научно обоснованным соотношением сельскохозяйственных культур (С.А.Воробьев и др., 1987).

Обобщение результатов многочисленных исследований в нашей стране и за рубежом по сравнительному изучению бессменных посевов и севооборота показывает высокую эффективность правильного севооборота во всех зонах как без применения удобрений, так и по удобренным фонам (С.А.Воробьев и др., 1972, 1987; В.М.Дудкин, 1997; В.Г.Лошаков, 1996).

Внедрение и освоение специализированных севооборотов необходимо проводить с учетом совместимости культур, а также возможности повторных посевов одной культуры. Установлена совместимость озимой пшеницы с горохом и овсом, озимой ржи - с озимой пшеницей, овса и ячменя - со всеми зерновыми (С.А.Воробьев, 1987; В.П.Нарциссов, Г.И.Ананьев, 1979).

1.2. Агрофизические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы

Оптимизация физических условий почвенного плодородия является частью общей проблемы оптимизации среды обитания культурных растений (А.Г.Бондарев, В.В.Медведев, 1980).

Физические свойства почвы остаются лимитирующим фактором в получении высоких и устойчивых урожаев (И.В.Кузнецов, 1978). Поэтому важной агрономической задачей является улучшение физических свойств почвы (И.С.Рабочев, И.Е.Королева, 1983). В условиях Нечерноземья это способно обеспечить рост производительности земледелия примерно на 20-30 % (В.Е.Егоров, 1978).

Первичным показателем физического состояния почв является их сложение, то есть порядок взаимного расположения в пространстве механических элементов и структурных отдельностей. Сложение характеризуют величинами плотности почвы и различных видов пористости - общей, капиллярной и некапиллярной, или пористости устойчивой аэрации (А.И.Пупонин, 1984). Само сложение почвы формируется механическим составом почвы, степенью оструктуренности и водопрочностью почвенной структуры (А.Г.Бондарев, 1978).

Улучшение физических свойств дерново-подзолистых почв касается прежде всего проблемы их плотности. Под плотностью понимают массу единицы объема сухой почвы в ненарушенном уложении (В.Ф.Вальков, 1986). Она считается одним из основных агрофизических свойств, так как от нее зависят все процессы, протекающие в почве: диффузия газов, воздухоемкость, водопроницаемость, влагоемкость, испаряющая и водоподъемная способность, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность, а также микробиологические и окислительно-восстановительные процессы. Плотность влияет на технологические свойства, тяговое сопротивление и качество обработки почвы. В конечном счете все это отражается на величине и качестве урожая (И.П.Котоврасов, 1984).

Величина оптимальной плотности зависит от типа почвы, механического состава, влажности, структуры, обеспеченности питательными веществами (П.У.Бахтин, 1954; Б.А.Доспехов, И.М.Панов, А.И.Пупонин, 1976, 1986; П.П.Заев, А.В.Королев, 1972; А.Тинджюлис, Е.Гречене, А.Метаускене, 1974; Антителе, А.ТтёгшНБ, 1974), от климатических условий и биологических особенностей растений (И.Б.Ревут, 1970).

Оптимальной считается такая плотность почвы, при которой распределение пор по их размерам обеспечивает наиболее благоприятную для растений водо- и воздухопроникающую способность почвы, а также передвижение по почве воды и воздуха, способствуя этим содержанию максимального количества доступной для растений воды при достаточной степени аэрации (И.П.Котоврасов, 1984; Б. I .Уе^теуег, А. Н.НепсШскБо^, 1948).

Наибольшую продуктивность растения обеспечивают при оптимальной плотности почвы. Однако об оптимизации плотности

почвы следует говорить применительно только для выращивания определенной культуры (С.В.Нерпин, А.В.Судаков, 1985; И.Б.Ревут, 1970).

Экспериментальными исследованиями выявлено, что каждому виду растений в зависимости от особенностей почвы соответствует своя оптимальная плотность, при которой создаются наилучшие условия для роста, развития1 и формирования урожая. В.П.Нарциссов (1978) приводит следующие данные: для картофеля и подсолнечника оптимальная плотность почвы находится в пределах 0,9-1,1 г/см3 для яровых и озимых колосовых в пределах 1,1-1,3, а для кукурузы и сахарной свеклы колеблется от 1,1 до 1,4 г/см3.

По данным А.Г.Бондарева (1980), на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах оптимальная плотность для зерновых культур находится в интервале 1,10-1,40 г/см3, кукурузы - 1,10-1,20, кормовых бобов - 1,10-1,30, картофеля - 1,00-1,20) а на легкосуглинистых и супесчаных почвах для зерновых - 1,25-1,35 и для кукурузы - 1,10-1,45 г/см3.

Многие исследователи отмечают, что для большинства сельскохозяйственных культур оптимальная плотность находится в пределах 1,1-1,3 г/см3.

Исследованиями С.Н.Тайчинова (1966) установлено, что оптимальная плотность почвы обеспечивает следующую прибавку урожайности полевых культур по сравнению с излишне уплотненными почвами: яровая пшеница - 1,5 ц/га, просо - 2,5, кукуруза на силос - 25-40; сахарная свекла - 8-10, картофель - 15 ц/га.

По данным А.Г.Бондарева (1980), на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах оптимальная плотность для зерновых

культур находится в интервале 1,10-1,40 г/см3, кукурузы - 1,10-1,20, кормовых бобов - 1,10-1,30, картофеля - 1,00-1,20, а на легкосуглинистых и супесчаных почвах для зерновых - 1,25-1,35 и для кукурузы - 1,10-1,45 г/см3.

Большинство агрофизических свойств почвы являются производными ее структурности (А.Н.Соколовский, 1933). По размеру комков различают мегаструктуру, или комковато-зернистую, (10-0,25 мм) и микроструктуру (менее 0,25 мм) (С.А.Воробьев, Д.И.Буров, А.М.Туликов, 1977).

В зависимости от природы структуры почвы плотность ее меняется в весьма широких пределах: при ясно выраженной макроструктуре плотность почвы в пахотном слое не бывает более 1,00-1,10 г/см3, а при микроструктуре доходит до 1,5