Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние ресурсосберегающих приемов предпосевной обработки на плодородие чернозема оподзоленного, продуктивность культур и пашни в условиях Среднего Урала

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Шиф, Юрий Кондратьевич, Екатеринбург

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи УДК 631.51.022:631.559

ЮРИЙ КОНДРАТЬЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРИЁМОВ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ НА ПЛОДОРОДИЕ ЧЕРНОЗЁМА ОПОДЗОЛЕННОГО, ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР И ПАШНИ В УСЛОВИЯХ

СРЕДНЕГО УРАЛА

(Специальность 06.01.01 - общее земледелие)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Арнт В.А.

ЕКАТЕРИНБУРГ, 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 3

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................ 7

Глава 2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................... 50

2.1 Почвенно - климатические условия................................... 50

2.2 Программа и методика проведения исследований................ 53

Глава 3. ВОДНЫЙ РЕЖИМ ЧЕРНОЗЁМА ОПОДЗОЛЕННОГО В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕДПОСЕВНЫХ ОБРАБОТОК...... 58

3.1 Динамика продуктивной влаги в почве 58

3.2 Водопотребление основных культур поукосного посева 64 Глава 4. ПЛОТНОСТЬ ЧЕРНОЗЁМА ОПОДЗОЛЕННОГО ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЁМАХ ЕГО ОБРАБОТКИ........................ 70

Глава 5 ПИТАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ И ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ЧЕРНОЗЁМА ОПОДЗОЛЕННОГО ПО ПРИЁМАМ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ.................................... 80

5.1 Динамика нитратов и фосфатов в почве 80

5.2 Органическое вещество по предпосевным обработкам

почвы........................................................................ 89

Глава 6. ЗАСОРЕННОСТЬ ПОСЕВОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ

ПРИЕМОВ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ........ 98

Глава 7. ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР И СЕВООБОРОТОВ ПРИ ИЗУЧАЕМЫХ ПРИЕМАХ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТ -

КИ ПОЧВЫ............................................................... 111

Глава 8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИЕМОВ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПОЛНЫХ ОДНОПОЛЬНЫХ КОРМОВЫХ СЕВООБОРОТОВ 132

ВЫВОДЫ................................................................................. 149

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ............................................. 152

СПИСОК ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........... 153

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................ 182

ВВЕДЕНИЕ

Основой в решении задач по развитию сельского хозяйства страны является устойчивое наращивание производства растениеводческой продукции путем эффективного использования почвенно-климатического потенциала местности, последовательного роста плодородия почвы, повышения интенсивности и экономической эффективности земледелия при природоохранной его направленности.

В условиях Среднего Урала решению поставленных задач в полной мере соответствует повышение интенсивности использования пашни за счет разработки и внедрения однопольных полных кормовых севооборотов на основе широкого применения посевов промежуточной озимой ржи и выращивания основных культур поукосно с целью получения двух урожаев в год с одной площади.

На Среднем Урале вопросы совершенствования систем обработки почвы изучаются на кафедре земледелия Уральской государственной сельскохозяйственной академии более 40 лет. В результате проведенных исследований доказана целесообразность и определены пути минимализации приемов предпосевной обработки чернозема оподзоленного и темно-серой лесной почвы, на долю которых приходится 46% пашни в зоне лесостепного Зауралья.

Неизученными остаются вопросы разработки систем предпосевной подготовки почвы в однопольных кормовых севооборотах под промежуточную озимую рожь и основные культуры поукосного посева. Следовательно, тема диссертации актуальна и реализация этой проблемы имеет важное научное и практическое значение.

Данная работа представляет один из этапов исследований по совершенствованию обработки почвы в координационной программе РАСХН на 1991-1995гг. " Разработка и проектирование технологии ресурсосберегающей минимальной обработки почвы для систем ландшафтного земледелия" и

региональной научно-технической программы кафедры земледелия УрГСХА на 1996-2000гг. "Разработка и проектирование полевых и кормовых севооборотов и технологий ресурсосберегающих обработок почвы для ландшафтного земледелия Среднего Урала"(№ государственной регистрации 01.960.011971).

Пели и задачи исследований.

Основной целью диссертационной работы явилась разработка и обоснование научных и агротехнических основ приемов предпосевной обработки чернозема оподзоленного под промежуточную озимую рожь и основные культуры поукосного посева в однопольных кормовых севооборотах в условиях Среднего Урала при интенсивном использовании пашни.

Для достижения поставленной цели необходимо было решение следующих задач:

изучить влияние приемов предпосевной подготовки чернозема оподзоленного на его плотность, питательный и водный режим, на накопление органического вещества в почве, засоренность посевов основных культур и их водопотребление;

- установить влияние приемов предпосевной обработки почвы на урожайность промежуточной озимой ржи и основных культур, выращенных поукосно, на химический состав и накопление тяжелых металлов в продукции;

- определить экономическую и биоэнергетическую эффективность изучаемых приемов предпосевной подготовки почвы и дать рекомендации производству.

Научная новизна. Для черноземов оподзоленных в условиях лесостепи Зауралья Свердловской области на основе комплексной оценки разработана ресурсосберегающая предпосевная обработка почвы под основные культуры поукосного посева и промежуточную озимую рожь, позволяющая при экономии средств на обработку почвы, повышении ее производительности получать количество продукции, не уступающее традиционной обработке. Получены новые экспериментальные данные по влиянию предпосевных

обработок на отдельные элементы плодородия почвы, качество продукции и продуктивность пашни.

Практическая значимость и реализация результатов исследования. На основе комплексного исследования обоснована возможность минимализации приемов предпосевной обработки почвы в однопольных полных кормовых севооборотах. Результаты проведенных исследований предназначены для решения практических задач в колхозах, совхозах и фермерских хозяйствах области, они прошли производственную проверку в хозяйствах Белоярского, Богдановичского, Сухоложского, Талицкого и Сысертсткого районов Свердловской области.

Полученные научные данные использованы при подготовке рекомендаций: "Система ведения сельского хозяйства Свердловской области" (1998). Рекомендованные приемы предпосевной обработки почвы могут быть применены на черноземных и темно-серых лесных почвах Свердловской и сходных по агроклиматическим ресурсам Тюменской, Челябинской, Пермской областей, республик Башкортостана и Удмуртии.

Апробации работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на межрегиональных научно-практических конференциях в г.Кургане (1997), г.Екатеринбурге (1998), на научно-практических конференциях Ижевской ГСХА (г.Ижевск, 1998) и Уральской ГСХА (г.Екатеринбург, 1995 - 1997), на районных конференциях специалистов Свердловской области и используются в учебном процессе на агрономическом факультете Уральской ГСХА.

По теме диссертации опубликованы шесть печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 244 страницах машинописного текста, состоит из 8 глав, выводов и предложений производству и списка литературы, включающего 315 наименований, из них 3 на иностранных языках.

Работа содержит 33 таблицы , 7 рисунков, 81 приложение.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному

руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.А.Арнту за оказанную помощь в процессе разработки и выполнения намеченной программы исследований и обобщении результатов эксперимента.

За активную помощь в проведении эксперимента выражаю свою признательность коллективу сотрудников кафедры земледелия и студентам агрономического факультета.

Искренне благодарю членов Ученого Совета агрономического факультета Уральской государственной сельскохозяйственной академии, сделавших много полезных замечаний при обсуждении результатов исследований.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Постоянно возрастающие требования к уровню развития сельского хозяйства, переход на интенсивные методы его ведения, требуют новых научных разработок по вопросам земледелия в различных по природным условиям зонах. В современных условиях обработка почвы остается важнейшим элементом зональных систем земледелия, обеспечивающая не только регулирование продуктивности пашни, энергетических затрат, но и сохранение слоя почвы от эрозии, повышение ее плодородия, эффективное использование удобрений.

Одной из задач механической обработки почвы является регулирование ее воздушного,водного, теплового и питательного режимов, состояние и соотношение которых определяют протекание в ней микробиологических процессов, а, в конечном итоге , рост и развитие растений (А.Г.Дояренко,1965, Ф.А.Попов, 1969). Играя ведущую роль в создании благоприятных агрофизических условий плодородия почвы , механическая обработка продолжает оставаться одним из важнейших способов борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур.

По вопросам применения способов и глубины обработки почв нет единого мнения. Так, еще более 2000 лет тому назад Колумелла (1937) отмечал: "Глубокая вспашка приносит наибольшую пользу всякому произрастанию. На нивах, изборожденных плугом, пышно разрастаются посевы и деревья". Катон (1937) писал: "... Когда пашешь хлебное поле, паши его хорошо и своевременно, не паши разными бороздами".

Необходимость отвальной обработки почвы, ежегодного оборачивания её обрабатываемого слоя, обоснованная В.Р.Вильямсом (1949), объясняется целесообразностью заделки пожнивных остатков , возделываемых культур, на дно борозды в анаэробные условия, в условия неизбежного превращения их в гумус, а также необходимостью помещения верхнего слоя почвы,

потерявшего в течение года структуру и, следовательно, плодородие, вниз и покрытие их нижними структурными слоями почвы толщиной не менее 10 см. Данная технология вытекала из разработок классиков русской агрономии -А.Т.Болотова(1952), М.Комова(1789), И.А.Стебута(1871), А.Г.Дояренко,(1965), К.А.Тимирязева (1948), В.Р.Вильямса (1948), которые были пропагандистами идей глубокой обработки почвы, с целью улучшения питания растений и создания мощного рыхлого пахотного слоя.

Так, по данным Н.А.Зеленского (1997), при длительной плоскорезной обработке в занятых парах структурные агрегаты почвы в верхнем слое оставались практически на одном уровне, при отвальной - увеличивались более, чем на 7%. Высокое содержание структурных агрегатов почвы более 1 мм в диаметре при вспашке объясняется тем, что плугом выворачивается на поверхность оструктуренная прослойка почвы , и ее поверхность приобретает мелкокомковатое строение. Верхний распыленный слой запахивается вглубь и под влиянием корней растений и уплотнения постепенно восстанавливает свои структурные и водопрочные агрегаты.

Однако, в исследованиях В.Ф.Трушина (1969), проведенных в северной лесостепи Зауралья, в оподзоленном черноземе не обнаружено горизонта "крупки", вовлечение которого в пахотный слой, по мнению ряда авторов, повышает содержание водопрочных агрегатов. Этим предположением объясняется одинаковое количество водопрочных агрегатов в его опытах при вспашке на 10-14 см, 20-22 см, 32-35 см не только в слое 0-20, но и в слое 2040 и даже 40-50 см.

Преимущество глубокой отвальной обработки выявлено в опытах Украинского НИИЗ, проводимых на дерново-подзолистых почвах Полесья Украины - повышалась биогенность почв, уровень ферментативных процессов и синтеза свободных аминокислот в слое 0-30 см. В засушливые годы наибольшая биологическая активность почвы в слое 0-10 см отмечалась при минимальной, особенно фрезерной обработке, а в годы с оптимальным

увлажнением - при отвальной. Глубокая обработка дерново-подзолистых почв до 40 и 60 см на фоне органических и минеральных удобрений способствовала обогащению подпахотных горизонтов как общей, так и агрономически ценной микрофлорой - амонифицирующей, нитрифицирующей и азотфиксирующей. Процесс окультуривания почвы сопровождается созданием глубокого биологически активного пахотного слоя. Одновременно снижалась токсичность почвы (Л.Б.Бирюков 1986).

На положительное влияние глубокой обработки почвы на урожайность сельскохозяйственных культур указывали П.У.Бахтин (1969), А.А.Измаильский (1951), М.Краузе (1931), М.И.Сидоров (1981), которые считали, что эти обработки обогащают нижележащие горизонты пахотного слоя основными элементами питания растений и улучшают их агрофизические свойства.

Однако многочисленными исследованиями было показано, что в процессе обязательной дифференциации корнеобитаемого слоя более высокое плодородие приобретает верхний (0-10 см) слой почвы (Л.В.Ильина, 1991, В.Ф.Кивер и др., 1977, С.А.Наумов, 1978, М.И.Сидоров, 1981, А.И.Пупонин, 1984, А.И.Пупонин и др., 1991).

Работами А.И.Шевлягина (1961) установлено, что длительные минимальные обработки почвы приводят к дифференциации пахотного слоя по накоплению растительных остатков, микроорганизмов, элементов пищи и плотности почвы. То есть, в верхних слоях почвы выше биогенность, и, что именно в них , гумусирование протекает энергично (Л.В.Ильина, 1991, Е.Н.МишустинД975, А.И.Пупонин, 1984), а не на глубине, как это предлагал В.Р.Вильямс (1949).

Процесс дифференциации корнеобитаемого слоя почвы по плодородию под действием природных условий и хозяйственного использования пашни характеризуется устойчивым накоплением его в верхних слоях, как и при естественном процессе почвообразования, который следует не затормаживать вспашкой , а стимулировать соответствующей системой обработки (Н.И.Карта-

мышев, М.Н.Герасимов, 1989).

В то же время , появились новые аргументы, подтверждающие необходимость оборачивания почв. В частности, П.У.Бахтин (1969) считает, что при перемещении верхней части пахотного слоя на место нижней культурные растения наиболее интенсивно используют элементы плодородия, накопленные в слое, помещенном обработкой на дно борозды, а нижняя часть пахотного слоя, извлеченная обработкой наверх, в течение вегетационного периода наращивает элементы плодородия, благодаря воздействию на нее солнечного света, тепла, кислорода воздуха, микрофауны и корней растений. При этом отмечается, что при отсутствии оборачивания обрабатываемого слоя почвы вследствии дифференциации корнеобитаемого слоя и увеличения плодородия в верхней части его, культурные растения формируют основную массу корневой системы в верхних слоях. Это при дефиците влаги приводит к снижению уровня и устойчивости урожаев сельскохозяйственных культур, устойчивости земледелия в целом, - отмечает М.И.Сидоров (1981).

Поэтому необходимо оборачивать обрабатываемый слой почвы. К такому выводу пришли И.С.Рабочев, П.У.Бахтин (1978), С.С.Сдобников (1980). В частности С.С.Сдобников (1980) считает, что наиболее целесообразным строение пахотного слоя - гетерогенное, с преимуществом факторов плодородия в нижней части.

По утверждению И.С.Рабочева, П.У.Бахтина (1978), строение профиля обрабатываемой почвы должно быть обратным естественному, то есть нижний ярус должен быть плодороднее, чем верхний, или, по меньшей мере, не уступать ему.

По мнению Ф.А.Попова (1969), отвальная вспашка на 20-22 см обладает существенным преимуществом в том, что распределение элементов питания при этой технологии обработки по профилю почвы более равномерное. Значительная их часть сосредоточена не только в пахотном, но и в подпахотном слоях почвы. Последнее способствует более глубокому проникновению

корней в почву и, следовательно, обогащению ее органическим веществом, что имеет исключительное значение для повышения гумусированности дерново-подзолистых и других почв, отличающихся низким содержанием органического вещества.

Предположение о том, что глубокая отвальная обработка почвы до 45см оказывает неблагоприятное влияние на содрежание в ней гумуса, по мнению Э.Рюбензама и К.Рауэ (1969) является необоснованным. Авторы отмечают, что при возделывании сельскохозяйственных культур по глубокой пахоте происходит интенсивное развитие корней, способствующих накоплению гумуса.

И.В.Тюрин, В.К.Михновский (1960) установили, что глубокая обработка положительно влияет на содержание гумуса в почве. Проведение в течение 5 лет паровой обработки на 20, 30 и 45 см по фону N Р К уменьшило запасы гумуса соответственно на 8,4; 6,8 и 3,2 т/га. Совместное внесение навоза и минеральных удобрений сократило потерю гумуса по обработкам соответственно до 4,6; 2,0 и 0,7 т/га. Возделывание клеверо-злаковой смеси при обработке на глубину 45 см увеличило прирост гумуса в 5 раз по сравнению с вариантом вспашки на 20 см. Таким образом, п�