Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние различных приемов обработки почв и удобрений на эрозионную устойчивость склоновых земель и их продуктивность на Юго-Западе ЦЧЗ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Титовский, Александр Григорьевич, Белгород



/

/

г

БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ

Титовский Александр Григорьевич

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЕМОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И УДОБРЕНИЙ НА ЭРОЗИОННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ И ИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ НА ЮГО-ЗАПАДЕ ЦЧЗ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

на правах рукописи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки РФ, действительный член Россельхозакадемии, профессор, доктор с.-х. наук О.Г. Котлярова

Белгород -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................... 4

1.1 ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И. УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) ................................................... 7

1.1 Влияние способов основной обработки на физические свойства почвы ............................................................... 7

1.2 Влияние способов основной обработки на

питательный режим ......................................................... 20

1.3 Влияние способов основной обработки и удобрений

на засоренность посевов .................................................. 25

1.4 Влияние способов обработки почвы и удобрений на

урожайность сельскохозяйственных культур ....................... 30

2 СХЕМА ОПЫТА, МЕТОДИКА И УСЛОВИЯ ЕГО ПРОВЕДЕНИЯ ............................................................... 35

2.1 Схема и методика проведения опыта ........................... 35

2.2 Агроклиматическая характеристика места проведения

опытов ........................................................................... 38

2.3. Метеорологические условия в годы проведения

исследований .................................................................. 41

3. ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ЭРОЗИОННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ И ВОДНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ ................................ 48

3.1 Накопление снега ....................................................... 48

3.2 Смыв почвы .............................................................. 50

3.3 Влажность почвы ....................................................... 53

3.4 Водопотребление ячменя ............................................ 56

3.5 Плотность почвы ........................................................ 57

3.6 Структура сложения почвы .......................................... 61

4. ПИТАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ ПОД ЯЧМЕНЕМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ

И НОРМЫ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ ........................... 64

4.1 Динамика содержания подвижных форм азота, фосфора

и калия в почве ............................................................... 64

4.2 Содержание микроэлементов в почве под ячменем ........ 75

5. ЗАСОРЕННОСТЬ ПОСЕВОВ ЯЧМЕНЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ И ДОЗЫ УДОБРЕНИЙ .............................................................................. 81

6. УРОЖАЙНОСТЬ ЯЧМЕНЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ НА СКЛОНЕ И ДОЗЫ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ............................... 86

7. БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЫРАЩИВАНИЯ ЯЧМЕНЯ НА СКЛОНАХ ...................................................... 91

8. СИСТЕМА МЕР ПО БОРЬБЕ С ВОДНОЙ ЭРОЗИЕЙ В УЧХОЗЕ «ЦЕНТРАЛЬНОЕ» ..................................................

8.1 Развитие эрозионных процессов и вред, наносимый ими 95

8.2 Внедрение почвозащитной системы земледелия

на ландшафтной основе ................................................... 100

ВЫВОДЫ ....................................................................... 111

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ ................................... 113

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................•.......... 114

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение производства растениеводческой продукции возможно лишь за счет внедрения новейших достижений науки и техники. При этом интенсификация земледелия на фоне роста экологических проблем должна осуществляться на основе освоения систем земледелия, обеспечивающих сохранение плодородия почв, защиту их от эрозии, а так же снижение энергетических и трудовых затрат.

В Белгородской области, где 73% сельскохозяйственных угодий подвержены эрозии (Котлярова, 1990), особую значимость приобретает проблема эффективного использования склоновых земель. Поэтому необходимо глубокая комплексная оценка элементов систем земледелия по их влиянию на развитие эрозионных процессов и повышение продуктивности смытых почв.

Целью наших исследований являлось изучение влияния на плодородие почвы смытых склонов различных способов основной обработки и доз минерального питания.

Задачи исследований сводились к изучению следующих вопросов:

1. Изучить влияние вспашки, безотвальной и мелкой обработок почвы на склонах на развитие эрозионных процессов.

2. Установить зависимость агрофизических и агрохимических свойств почвы, а так же ее водного режима от способов основной обработки.

3. Изучить влияние способов основной обработки почвы и доз удобрений на засоренность посевов ячменя.

4. Оценить биоэнергетическую эффективность возделывания ячменя на смытых почвах при различных способах основной обработки и дозах минерального питания.

В работе комплексно и всесторонне оценены приемы основной обработки почвы под ячмень для склоновых земель Юго-Запада ЦЧЗ. На основании данных об ухудшении агрофизических свойств почвы показана неэффективность применения мелкой обработки почвы под ячмень на склонах и необходимость комплексного подхода к вопросам защиты почв от эрозии.

В результате исследований, на защиту выносятся следующие положения:

1. При низких дозах удобрений целесообразно применять вспашку поперек склона на глубину 20-22 см, при больших дозах - безотвальное рыхление на ту же глубину.

2. На склонах Юго-Запада ЦЧЗ мелкая обработка почвы под ячмень приводит к усилению эрозионных процессов, отрицательно влияет на урожайность ячменя и на показатели биоэнергетической эффективности.

3. При мелкой и безотвальной обработках почвы происходит дифференциация пахотного слоя по содержанию элементов питания и значительное увеличение засоренности посевов ячменя.

4. Для сохранения почв на склонах и повышения продуктивности склоновых земель в хозяйствах необходимо внедрять систему земледелия на ландшафтной основе.

Данная работа является частью тематического плана научно-исследовательской работы кафедры земледелия БГСХА по теме: «Разработать ландшафтные системы земледелия, обеспечивающие в условиях ЦЧЗ защиту почв от эрозии, повышение плодородия склоновых земель и экологическую устойчивость», МКИ №00024644 по республиканской НТ программе «Повышение плодородия земель РСФСР».

Материалы диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на заседаниях кафедры земледелия

(1994, 1995, 1996, 1997, 1998 гг.) и на заседаниях ученого совета агрономического факультета БГСХА (1995, 1996, 1997, 1998 гг.). Опубликованы пять печатных работ, вошли составной частью в проект «Системы земледелия и землеустройства на ландшафтной основе учебного хозяйства «Центральное» Белгородской ГСХА».

Выражаю сердечную благодарность профессору, доктору с.-х. наук, действительному члену Россельхозакадемии Котляровой О.Г., коллективу кафедры земледелия, а также коллективу лаборатории биологических исследований БГСХА за помощь в проведении исследований.

1. ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И УДОБРЕНИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ СКЛОНОВЫХ ЗЕМЕЛЬ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Влияние способов основной обработки на физические

свойства почвы

На современном этапе развития сельского хозяйства почвенные эрозионные процессы в целом остаются главным каналом потерь ресурсов плодородия и урожая, наносят большой урон экономике хозяйств и приводят к ухудшению окружающей среды (Макаров, 1989; Картамышев, 1996).

Вследствие нерационального использования в мире уже утрачено более 2 млрд. га плодородных земель, в том числе 50 млн. га пашни. В настоящее время воздействию водной эрозии подвержено 6 млрд. га земель, ежегодно теряется 6-7 млн. га пашни (Ковда, 1981).

Эрозия почв сильно развита в Канаде, США, Индии, Австралии, Китае. В книге "Охрана природных ресурсов" О. Оуэн (1977) писал: "Изучая историю использования земель в древних цивилизациях Азии, Африки и Средиземноморья Европы, мы обнаружили страшнейшее злоупотребление тем, что первоначально было ценным, животворным ресурсом. В свое время почвы в этих областях были основой процветающего сельского хозяйства. Однако, постепенно, по мере злоупотребления землей и по мере того, как эрозия собирала свою дань, эти гордые империи слабели и рушились. Население их вымирало от голода или мигрировало".

Большой урон сельскому хозяйству России наносят эрозион-

ные процессы. Площади разной степени смытых почв на пашне в России превышают 25 млн. га (Картамышев, 1996).

Эрозионные процессы пагубно влияют на все факторы, определяющие плодородие почв. При развитии эрозии изменяются химические свойства почвы: снижается содержание гумуса, необходимых для развития растений элементов питания, увеличивается содержание карбонатов, изменяется кислотность почвы. Эрозионные процессы влияют на изменение физических свойств почвы: уменьшается содержание илистых фракций, водопрочных агрегатов, увеличивается плотность почвы, снижается водопроницаемость, влагоемкость, влажность завядания, увеличиваются потери влаги на физическое испарение. Все это приводит к ухудшению водного режима.

Биологические факторы плодородия также изменяются под воздействием эрозии: уменьшается численность мезофауны, микроорганизмов, снижается биологическая активность почвы.

Развитие эрозионных процессов зависит от многих факторов: климат, рельеф, геология, почвенный и растительный покров, хозяйственное использование земли (Заславский, 1983).

Между этими факторами существует тесная взаимосвязь. Для разработки систем мер по защите почв от эрозии необходимо знать, как влияют отдельные факторы на проявление эрозионных процессов.

Вопросам защиты почв от ускоренной эрозии посвящены многие работы отечественных и зарубежных ученых (Сус Н.И., 1949; Измаильский A.A., 1949; Соболев С.С., 1950; Вильяме В.Р., 1951; Брауде И.Д, 1965; Шикула Н.К., 1968; Подгорный В.К., 1971; Ки-рюхин В.Д., 1973; Каштанов А.Н., 1974; Ломакин М.М., 1974; Константинов И.С.,1975; Сурмач Г.П., 1976; Заславский М.Н.,1979;

1983, 1984; 1987; Котлярова О.Г., 1990, 1995).

Защита почв от эрозии и повышение их плодородия - часть общей проблемы, связанной с охраной окружающей среды. Она не сводится к сохранению почв как таковых в их первозданном виде. Сущность проблемы заключается в рациональном природопользовании, исключая при этом нарушения многочисленных связей естественного равновесия в природе, которое рано или поздно может привести к отрицательным и нежелательным последствиям.

По состоянию земельных ресурсов и экологической напряженности Центрально - Черноземный район следовало бы отнести к зонам экологического бедствия. Распаханность территории здесь в 1,5 раза больше, чем в среднем по России. 56,5% земель, находящихся в обработке, размещены на склонах различной крутизны (Котлярова, 1990). Все это привело к интенсивному развитию как плоскостной, так и линейной форм эрозии почвы, повлекло за собой падение плодородия черноземов.

По данным И.Д. Рудай (1985), эродированные сельскохозяйственные угодья в Белгородской области составляют 73,6%, в Курской - 31,8, в Воронежской - 25,8%.

Мощность гумусового горизонта в слабоэродированном черноземе на 5 - 13 см меньше, чем в полнопрофильном, в сильно-эродированном черноземе гумусовый горизонт практически смыт. Содержание питательных веществ в средне и сильноэродированных почвах в 1,2-2 раза ниже, чем в полнопрофильных (Бенедичук, Круть, 1971).

С увеличением степени эродированности черноземных почв возрастает их плотность, уменьшается скважность, водопроницаемость, общие и продуктивные запасы влаги. Урожай сельскохозяйственных культур на слабо смытых почвах понижается на 10 - 15%,

а на среднесмытых - на 40 - 50% (Листопадов, Техина, 1998).

Исследования, проведенные в Красногвардейском районе Белгородской области, показали, что каждый смытый сантиметр почвы приводит к потере 0,04 т/га ячменя и 0,05 т/га озимой пшеницы (Котлярова, 1985).

Таким образом, ущерб, наносимый эрозионными процессами, огромен и первостепенной для нашей зоны становится задача защиты почв от эрозии.

Защита почв от эрозии должна быть комплексной. Почвозащитный комплекс включает в себя систему взаимосвязанных и дополняющих друг друга организационных, агротехнических, лесомелиоративных, водохозяйственных и гидромелиоративных мероприятий.

В противоэрозионном комплексе особое место отводят агротехническим мероприятиям, так как эти мероприятия наиболее доступны хозяйствам, дешевы и дают положительный результат в первый же год применения (Каштанов, 1974).

Обработка почвы является наиболее активным способом изменения ее свойств. Особенно сильно изменяются водно-физические свойства, что ведет к увеличению порозности, увеличению аэрации почвы и усилению обмена веществ почвы с окружающей средой. В результате усиливается разложение органического вещества микроорганизмами и накопление в почве минеральных питательных веществ. Следовательно, усиливая разложение, обработка одновременно создает условия для лучшего синтеза биомассы.

Обработка делает почву более рыхлой, гомогенной, повышает ее водо- и воздухопроницаемость, влагоемкость, создает лучшие условия накопления и сохранения влаги в почве.

Обработка почвы является мощным средством борьбы с сорной растительностью, вредными насекомыми и болезнями растений, создает лучшие условия для развития корней растений, заделки стерни, удобрений,гербицидов, семян.

Великий русский ученый П.А. Костычев (1951) писал: "Органическая жизнь на суше обуславливается свойствами верхнего слоя земли. Пахотный слой в земледелии является своеобразной кухней, где готовится корм для растений".

Большой интерес к обработке почвы вызывается высокой энергоемкостью этого процесса. Энергозатраты на производство единицы сельскохозяйственной продукции стремительно идут вверх. Так, согласно расчетам, на 100 калорий полноценной продукции в 1928 году затрачивалось 48 калорий совокупной энергии, в 1950 - уже 57, в 1969 - 70, в 1980 - 86 калорий (Никонов, 1984).

На долю обработки приходится около 40% энергетических и 25% трудовых затрат от всего объема полевых работ (Воробьев и др. 1991).

В настоящее время в мировом земледелии утвердились две основные принципиально разные технологии обработки почвы -вспашка и обработка почвы без оборота пласта. Сельскохозяйственная наука накопила огромный материал, отражающий эффективность применения того или иного способа обработки почвы, влияние его на развитие эрозионных процессов. Вместе с тем, приводимые в литературе данные и выводы нередко оказываются самыми неожиданными, а порой и противоречивыми.

Проблема теоретического обоснования системы обработки почвы для каждой почвенно-климатической зоны является весьма сложной и многогранной, так как при этом нельзя ограничиваться установлением влияния способа обработки только на урожайность

культур, а необходимо исследовать весь механизм этого влияния на факторы, определяющие условия роста сельскохозяйственных растений, защиту почв от эрозии, повышение экономической эффективности.

В настоящее время в литературе имеются многочисленные данные, подтверждающие высокую эффективность безотвальной обработки почвы на склонах.

Так, по данным Каштанова (1983), смыв почвы стоком талых вод при плоскорезной обработке в среднем за три года был в 3-4 раза меньше по сравнению со вспашкой.

В условиях Башкирии, на безотвальной зяби снега накапливалось на 12 - 21,4 см больше, чем на вспашке, на склоне 2,5 - 3° смыв почвы от стока талых вод по вспашке составил в среднем 17 т/га, а по безотвальной обработке - 7 т/га (Лысак, 1973).

Исследования в Днепропетровской области показали, что плоскорезная обработка в среднем за четыре года уменьшила смыв почвы в 5,5 раза (Пабат и др., 1973).

В исследованиях, выполненных в Харьковской области Украинским НИИ почвоведения и агрохимии им. А.Н. Соколовского, запасы воды в снеге при плоскорезной обработке почвы оказались больше, чем при вспашке. Смыв почвы от снеготаяния по вспашке при этом составил 6,8 т/га, а по плоскорезной обработке - 0,6 т/га.

Высокая эффективность бесплужной обработки почв отмечается в Полтавской области. В одном из опытов (в среднем за 10 лет наблюдений), смыв почвы при вспашке поперек склона был 13,3 т/га, а при бесплужной обработке поперек склона - 0,3 т/га (Моргун, Шикула, 1984).

Результаты исследований Н.Х. Грабака с соавторами (1989) показали, что смыв почвы в условиях Ворошиловградской области

при вспашке составил 51,8 м3/га, при безотвальной обработке -23,4 м3/га, при мелкой обработке - 30,9 м3/га. На склоне достаточно высокую эффективность показали чизельные орудия: смыв во время весеннего снеготаяния на зяби, обработанной чизелем, уменьшался по сравнению со вспашкой на 25,4 м3/га, что равносильно экономии 17,3 МДж/га энергии.

По данным М.И. Лукиных (1993), в условиях Предуралья в среднем за ротацию севооборота при ежегодной плоскорезной обработке было смыто 0,04 м3/га, а при вспашке - 1,25 м3/га.

Несмотря на большое количество данных, подтверждающих высокую противоэрозионную эффективность безотвальной обработки почвы, в некоторых ис