Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние систем обработки на плодородие серой лесной почвы и продуктивность севооборота

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "Влияние систем обработки на плодородие серой лесной почвы и продуктивность севооборота"

На правах рукописи

БЕЛОБРАГИН Николай Иванович

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ НА ПЛОДОРОДИЕ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ II ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТА

Специальности: 06.01.01 - «Общее земледелие, растениеводство» 06.01.04 - «Агрохимия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

21 1,0Я 2013

0055390/У

Немчиновка 2013

005539079

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева»

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Костнн Яков Владимирович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Сушеница Борис Алексеевич, профессор, главный научный сотрудник Московского научно-исследовательского института сельского хозяйства «Немчиновка»;

кандидат сельскохозяйственных наук Жиляев Александр Михайлович, доцент кафедры растениеводства Российского государственного аграрного заочного университета

Ведущая организация Рязанский научно-исследовательский институт

сельского хозяйства

Защита диссертации состоится «17» декабря 2013 года в 13 час 30 минут на заседании диссертационного совета Д 006.049.01 при Московском научно-исследовательском институте сельского хозяйства «Немчиновка» по адресу: 143026, Московская область, Одинцовский район, п/о Немчиновка-1, ул. Калинина, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского НИИСХ «Немчиновка».

Автореферат разослан « /Д> ноября 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Мерзликин А.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В технологическом комплексе возделывания сельскохозяйственных культур особое место занимают агротехнические мероприятия, в том числе система обработки почвы.

Между тем возрастающее механическое воздействие на почвенную среду влечет за собой ряд нежелательных последствий. Они заключаются в больших энергетических затратах, возрастанием механического давления на почву в результате увеличения массы движителей, и частоты движения агрегатов по полю, что усиливает деградацию почвы, повышает ее плотность, сопротивление обработке, снижает и усиливает эрозионные процессы. Все это негативно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур. Указанные отрицательные явления повышают актуальность минимализации обработки почвы в современном земледелии.

Вопросам изучения разных по интенсивности систем обработки почвы на дерново-подзолистых почвах большое внимание уделяли ученые Московского НИ-ИСХ «Немчиновка» (Саранин (1975; Старовойтов, 1980; Кирдин, 1996; Сдобников, 2000; Дудинцев, Федорищев, 2000; Киселев, 2004; Шептухов, 2012 и другие). Большой вклад в решении этой проблемы внесли ученые-земледелы Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Пупонин, 1978; Баздырев, 1982; Лыков, 1976; Лошаков, 1980; Матюк, 1999), а также другие профильные ВУЗы и НИИ.

Авторы отмечают преимущества и недостатки разных систем обработки с позиции влияния их на засоренность, биологические и физические показатели плодородия, продукционный процесс. Вместе с тем недостаточно изучены вопросы по их воздействию на агрохимические свойства почвы, использованию сельскохозяйственными растениями почвенных ресурсов при обработках. В особенности это касается серых лесных почв, где исследования такого рода проведены недостаточно.

Цель исследований — изучить эффективность систем обработки серой лесной почвы, оценить их влияние на показатели плодородия и продуктивность полевых культур при длительном возделывании в севообороте на юге Центрального Нечерноземья.

В задачи исследований входило:

- изучить динамику агрофизических, агрохимических, физико-химических показателей почвы при разных обработках;

- определить вынос элементов питания возделываемыми культурами;

- рассчитать коэффициент использования азота, фосфора и калия в севообороте;

- изучить влияние обработок почвы на урожайность полевых культур, общую продуктивность севооборота и качество продукции;

- дать энергетическую и экономическую оценку изучаемым приемам.

Научная новизна. Впервые в условиях южной части центрального Нечерноземья на серой лесной почве выявлены изменения агрофизических, агрохимических и физико-химических свойств под воздействием разных по интенсивности систем обработки почвы.

Изучена динамика погодных условий, обосновывающая необходимость сбережения воды в почве через корректировки систем обработки почвы. Показаны не-

з

которые свойства серой лесной почвы (буферность к подкислению, минералогия ский состав), отражающие ее адаптационные возможности к разным способам м ханического воздействия. Дана энергетическая и экономическая оценка разны системам обработки почвы.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. О новные результаты исследований будут использованы при производстве растени водческой продукции, разработке интенсивных технологий и усовершенствован! существующих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Получе ные результаты дают право рекомендовать для производителей растениеводческ продукции плужно-поверхностную систему обработки почвы.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и п лучили положительную оценку на ежегодных внутривузовских научных конфере1 циях Рязанского ГАТУ; на съезде общества почвоведов в Азербайджане (2011 г).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 научных рабо в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 111 страниц компьютерного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений прои водству, включает 37 таблиц, 9 рисунков, 12 приложений. Список литератур включает 111 источников отечественных и зарубежных авторов.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в период с 2003 по 2010 годы на агротехнологич ской станции Рязанского агротехнологического университета, расположенной южной части Центрального Нечерноземья.

Почва опытного участка — серая лесная среднесуглинистая со следующи агрохимическими показателями: гумус - 2,1 %; рНсол - 5,7; Нг - 2,6 мг-экв/100 S обменных оснований — 24 мг-экв/ 100 почвы; подвижный фосфор - 123 мг/к подвижный калий — 144 мг/кг почвы.

Климатические условия вегетационного периода в годы проведения опыт были различными по количеству выпавших осадков и температуре воздуха. 2008 2009 годы были влажными, осадков выпало 1,3-1,4 нормы. В 2010 году осадков вь пало всего 0,3 нормы.

Одно из преимуществ безотвальных, поверхностных систем обработок з ключается в более экономном использовании влаги. Запасы влаги в почве напр мую зависят от осадков, возможное снижение которых указывает на целесообр ность перехода к поверхностным обработкам. Рассмотрим, насколько актуальны является обоснование такого перехода с позиции динамики погодных условий южной части НЗ.

За 1942-1981 годы число лет с осадками меньше, чем 43 мм составило 21, 1982-2002 годы — 16. Расчет коэффициента соответствия %2 показал, что меж указанными периодами в отношении осадков существуют достоверные различи хи-квадрат составил 4,27 при а = 0,0389.

Таким образом, вероятность усиления засушливости климата в Рязанской о ласти, южной части Нечерноземной зоны в весеннее время высокая. Анализ пого

ных условий указывает на актуальность изучения разных по интенсивности систем обработок почвы.

Схема и агротехнические условия проведения полевых опытов

Варианты обработки почвы закладывали в зернопропашном севообороте: вика с овсом на зеленый корм - озимая пшеница - картофель - ячмень.

Схема опыта включала следующие системы обработки почвы.

1. Плужная (контроль) - ежегодная вспашка с предварительным лущением в системе основной обработки и предпосевная культивация с боронованием.

2. Плужно-поверхностная - в системе основной обработки под вико-овсяную смесь и картофель - вспашка, под озимую пшеницу и ячмень - лущение. Предпосевная обработка и посев культур сплошного сева проводились комбинированным агрегатом КА-3,6, под картофель-фрезерование перед посадкой.

3. Поверхностная - система основной обработки состояла только из лущения. Предпосевная — тоже, что и во втором варианте.

4. Роторная - включала в качестве основной обработки фрезерование. Предпосевная — аналогично второму варианту.

5. Плоскорезная - основная обработка проводилась плоскорезом. Предпосевная обработка такая же, как и во втором варианте.

6. Нулевая - исключала основную обработку. Предпосевную обработку и посев зерновых и вико-овсяной смеси проводили комбинированным агрегатом КА-3,6, под картофель — фрезерование перед посадкой.

Основная и предпосевная обработки выполнялись в строгом соответствии со схемой опыта (табл. 1).

Системы обработки почвы изучали на фоне минеральных удобрений, расчет доз которых проводили согласно рекомендации кафедры агрохимии и почвоведения Рязанского государственного агротехнологического университета на запланируе-мую урожайность сельскохозяйственных растений.

Агротехнологические условия возделывания сельскохозяйственных культур, кроме изучаемых приемов, во всех ротациях севооборота были одинаковыми и общепринятыми для зоны. В опытах возделывали следующие сорта полевых культур: озимая пшеница - Мироновская 808, Картофель - Санте, ячмень - Зазерский 85.

С целью задержания влаги в почве и выравнивания поверхности поля весной проводили боронование зяби зубовыми тяжелыми боронами прикатывание кольчатыми катками ЗКК-бА после посева культур сплошного способа посева.

Фосфорные и калийные удобрения вносили под основную обработку, азотные — под предпосевную культивацию и в подкормку озимой пшеницы.

Использовались такие виды удобрений как гранулированный суперфосфат, хлористый калий и аммиачная селитра.

Опыты заложены методом расщепленных делянок с рендомизированным размещением вариантов внутри повторений. Размер делянки 550 м2, учетной делянки — 80-100 м2. Повторность — 4-х кратная.

Анализы почв и растений выполнены в соответствии с существующими гостами (ГОСТ 26490-85; ГОСТ 26488-85; ГОСТ 26204-91; ГОСТ 17.4.02-83).

Таблица 1. Схема опыта основной и предпосевной обработки почвы в __ зернопропашном севообороте__

Вариант обработки Система обработки почвы Вика с овсом зелёная масса (2003, 2007 гг.) Озимая пшеница (2004, 2008 гг.) Картофель (2005, 2009 гг.) Ячмень (2006, 2010 гг.)

1.Плужная (контроль) Основная Лущение 6-8 см Вспашка 20-22 см Лущение 6-8 см Вспашка 14-16 см Лущение 6-8 см Вспашка 20-22 см Лущение 6-8 см Вспашка 14-16 см

Предпосевная Культивация 8-10 см Культивация 8-10 см Культивация 8-10 см Культивация 8-10 см

2.Плужно-поверхностная Основная Вспашка 20-22 см Лущение 6-8 см Вспашка 20-22 см Лущение 6-8 см

Предпосевная Комбинированный агрегат КА-3,6* Комбинированный агрегат КА-3,6 Предпосевное фрезерование 14-16 см Комбинированный агрегат КА-3,6

3.Поверхностная Основная Лущение 6-8 см Лущение 6-8 см Лущение 6-8 см Лущение 6-8 см

Предпосевная Комбинированный агрегат КА-3,6 Комбинированный агрегат КА-3,6 Предпосевное фрезерование 14-16 см Комбинированный агрегат КА-3,6

4.Роторная Основная Фрезерование 2022 см Фрезерование 14-16 см Фрезерование 20-22 см Фрезерование 14-16 см

Предпосевная Комбинированный агрегат КА-3,6 Комбинированный агрегат КА-3,6 Предпосевное фрезерование 14-16 см Комбинированный КА-3,6

5. Плоскорезная Основная Рыхление плоскорезом 20-22 см Рыхление плоскорезом 14-16 см Рыхление плоскорезом 20-22 см Рыхление плоскорезом 14-16 см

Предпосевная Комбинированный агрегат КА-3,6 Комбинированный агрегат КА-3,6 Предпосевное фрезе-эование 14-16 см Комбинированный агрегат КА-3,6

6. Нулевая Основная Комбинированный агрегат КА-3,6 - -

Предпосевная комбинированный агрегат КА-3,6 Комбинированный агрегат КА-3,6 | Предпосевное фрезерование 14-16 см Комбинированный агрегат КА-3,6

---------ь -' _^м_¡1 а!

* - комбинированный агрегат КА-3,6 или другой современный аналог согласно схеме опыта

В опытах определяли: гумус - по Тюрину; качественный состав гумуса - по схеме Тюрина в модификации Пономаревой и Плотниковой; нитратную и аммо-

нийную формы азота — соответственно с помощью ионоселективного электрода и в модификации ЦИНАО (ГОСТ-26489); рН солевой вытяжки - на рНметре ЛПУ-0,1; подвижный фосфор - по Кирсанову, водорастворимый калий - по методу Александрова, обменный - по Кирсанову, необменно-гидролизуемый - по Пчелкину, необменный (кислоторастворимый) — по Гедройцу.

Формы минеральных соединений фосфатов определяли по Чангу-Джексону: рыхлосвязанную - в вытяжке 1 н. ЫН4С1, фосфаты алюминия - в 0,5 н. ЫН4Р (рН 8,5), фосфаты железа - в 0,1 н. №ОН, фосфаты кальция - 0,5 н. Н2804.

Для определения буферности к подкислению использовался метод непрерывного потенциометрического титрования - НПТ (Соколова, 2001). О величине буферности судили по количеству титранта, необходимого для изменения рН на заданную величину.

Интенсивность буферности (Р) определяли по формуле р = сЮ/с1рН, где с!рН - изменение рН в ответ на добавление бесконечно малого количества титранта (Юь Интенсивность буферности выражали в молях (М) на единицу массы почвы на единицу рН.

Фенологические наблюдения осуществляли по методике Госсортсети (1972). Перед уборкой ячменя, вики с овсом и картофеля определяли элементы структуры урожая. Учет урожая проводили сплошным методом. Урожай зерна приводили к 14 %-ой влажности.

Для статистической обработки экспериментальных данных использовали методы дисперсионного, корреляционного, регрессионного и других видов статистического анализа (Доспехов, 1985; Ивойлов, 2000) с использованием программного комплекса «БТАПЗПСА».

Биоэнергетическую и экономическую эффективность определяли по Г.А. Бу-латкину (1986) и методическим указаниям Минсельхоза РФ, 2003.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Влияние обработок на развитие корневых систем. Исследования показали, что мощность развития корневой системы и распределение её по слоям почвы зависит от возделываемых культур и системы обработки.

После вико-овсяной смеси в слое 0-20 см колебалась от 12,7 до 16,3 ц/га, озимой пшеницы от 19,5 до 24,6 ц/га, картофеля от 5,9 до 10,2 ц/га и ячменя от 10,5 до 12,1 ц/га. Эти данные показывают, что наименьшая масса корней оказалась после картофеля, а наибольшая — после озимой пшеницы. Вико-овсяная смесь и ячмень имели примерно одинаковую корневую массу.

При рассмотрении влияния обработки почвы на корневую систему отмечено, что по всем культурам наилучшее развитие корней было на вариантах плужно-поверхностной и плужной системам обработки. После уборки картофеля масса корней в слое 0-20 см составила по плужно-поверхностной 10,1 ц/га, а по нулевой - 5,9 ц/га (табл. 2). Сравнивая между собой плужно-поверхностную и нулевую обработки, следует отметить явное преимущество в развитии корневой системы по плужно-поверхностной обработке.

В опытах системы обработки оказывали существенное влияние на распределение корней по слоям почвы. Основная масса корней (96,7-94,7%) сосредотачива-

7

лась в слое 0-20 см. Проникновение корней в более глубокие слои зависело от г бины основной обработки. В посевах ячменя по плужной и плужно-поверхностн системам обработки содержание корней в слое 0-10 см составляет 65,7-66,8%, а слое 10-20 см - 21,2%. По поверхностной обработке и нулевой в слое 0-10 см р мещалось от 73,6 до 75,2%, а на слой 10-20 см приходилось соответственно 17,6 15,8%. В более глубокие слои корневая система по данным обработкам проник. на 8,8 и 9,3%, по причине неблагоприятных условий в этих слоях (большая велич на объемной массы и высокая твердость).

Таблица 2.Влияние обработки почвы на состояние корневой системы растений__

Вариант обработки почвы Картофель (2005, 2009 гг.) Ячмень (2006, 2010 гг.)

масса корней, ц/га по слоям, % масса корней, ц/га по слоям, %

0-10 см 10-20 см 0-10 см 10-20 см

Плужная (контроль) 10,2 64,3 26,5 11,4 65,7 21,2

Плужно-поверхностн ая 10,1 64,4 24,0 11,6 66,8 21,2

Поверхностная 7,9 75,6 17,1 11,5 73,6 17,6

Роторная 8,1 63,2 24,5 10,8 64,5 22,2

Плоскорезная 7,2 73,3 20,4 10,2 70,2 23,1

Нулевая 5,9 76,2 18,5 10,4 75,2 15,5

Применение гербицидов способствовало увеличению массы корней за сч более высокого урожая сельскохозяйственных культур.

Плотность почвы. Рациональная обработка почвы не должна приводить уплотнению пахотного слоя. В противном случае формирование благоприятнь почвенных условий для роста и развития сельскохозяйственных растений пробл матично. Минимизация обработки почвы с сохранением ее оптимальной равнове ной плотности возможно в хорошо окультуренных почвах. Динамика плотное сложения пахотного слоя почвы в опыте зависела от систем обработки. Наибольш объемная масса была по поверхностной и нулевой - 1,25 г/см3 в слое 0-10 см и 1 г/см3 в слое 10-20 см (табл. 3).

Таблица 3. Плотность почвы при различных обработках почвы, (г/см3)

Вариант обработки

Плужная (контроль)_

Плужно-поверхностная

Поверхностная

Слой, см

0-10 10-20

0-10 10-20

0-10 10-20

2008 г

1,16 1,21

1,22 1,27

1,23 1,30

2009 г.

1,18 1,18

1,19 1,28

1,23 1,28

2010 г.

1,17

1,20 1,28

1,23 1,29

Роторная

0-10 10-20

1,25 1,30

1,26 1,30

1,25 1,30

Плоскорезная

0-10 10-20

1,23 1,30

1,22 1,29

1,23 1,29

Нулевая

0-10 10-20

1,26 1,30

1,25 1,30

1,25 1,30

Таким образом, пределы уплотнения серой лесной почвы не превышали оптимальных значений для сельскохозяйственных растений.

Физико-химические свойства почвы

На изменение физико-химических положительное влияние оказало комплексное возделывание факторов плодородия - органических и минеральных удобрений, углубление пахотного слоя, разноглубинная система обработки почвы и севооборот.

При такой системе обработки почвы создается более однородный пахотный слой по физико-химическим свойствам. Так, если до закладки опыта в слое 0-20 см сумма поглощенных оснований составила 19,5 мг-экв. на 100 г почвы и степень насыщенности основаниями 79%, то применение комплексного окультуривания способствовало увеличению их к 2010 году соответственно на 3,4-5,2 мг-экв. на 100 г почвы и на 1,6-3,0 % .

Однородность пахотного слоя подтверждается уменьшением различий между слоем 0-20 и 20-40 см. До закладки опыта и при применении контрольной технологии (данные 2010 г.) различия в этих слоях составляли по сумме поглощенных оснований соответственно 3,7 и 5,1 мг-экв. на 100 г почвы, по степени насыщенности основаниями 8,5 и 10,8%.

Гумус и его качественный состав. Изучение способов основной обработки в опыте показали, что при применении безотвального рыхления проявляется тенденция к усилению гумусонакопления в пахотном слое в сравнении со вспашкой. По рыхлению почва более дифференцирована по содержанию гумуса с преобладанием его в верхнем слое и резком падении в нижнем. По вспашке плугом с предплужником за счёт оборачивания и перемешивания почвы пахотный слой более выровнен по содержанию гумуса. Длительное применение безотвального рыхления ведёт к уменьшению гумуса в слое 0-30 см до 2,74 %, а по вспашке до 2,87 %.

Значительно более высокое содержание гумуса в верхнем слое почвы при безотвальном рыхлении и поверхностной дисковой обработке по сравнению с со-

держанием гумуса в других вариантах объясняется резкой дифференциацией плодородия почвы в слоях 0-20 и 20-40 см. Это обусловлено преимущественным поступлением растительных остатков и минеральных удобрений в слой почвы 0-20 см. На содержание гумуса и перераспределение его существенное влияние оказывает глубина основной обработки серых лесных тяжелосуглинистых почв. При этом глубокая вспашка способствует обеднению верхнего слоя пашни, а нижний слой, наоборот, обогащается им.

Исследования по способам и глубинам основной обработки почвы показывает, что глубокая отвальная обработка ведёт к перераспределению гумуса с увеличением фактора плодородия в нижней части пахотного слоя, а поверхностная - в верхней части его.

Разноглубинная система обработки серых лесных тяжелосуглинистых почв сдерживает процесс минерализации органического вещества в сравнении с одно-глубинными обработками. Таким образом, рационально чередуя глубины и способы обработки, можно создать оптимальные условия для гумусообразования.

Известно, что наиболее ценной фракцией гумусовых веществ являются гуми-новые кислоты. В серых лесных почвах) доля гуминовых кислот составляет 20-30%, несколько преобладают менее ценные и подвижные соединения типа фульвокислот. Возделывание сельскохозяйственных культур в зернопропашном севообороте вело к разнокачественному типу гумусообразования в слое 0-10 и 10-20 см в зависимости от систем обработки почвы (табл. 4).

Таблица 4. Фракционный состав гумуса в зависимости от длительного _применения различных систем обработки почвы_

Вариант обработки Слой почвы. см Содержание Сгк, % Сфк> % Гидрол. остаток, % Сгк/Сфк

гумуса, % с, %

Плужная (контроль) 0-10 10-20 2,51 2,48 1,33 1,31 0,43 0,39 0,45 0,43 0,45 0,49 0,95 0,91

Плужно-поверхностная 0-10 10-20 2,53 2,45 1,34 1,25 0,45 0,42 0,41 0,50 0,48 0,33 1,10 0,80

Поверхностная 0-10 10-20 2,59 2,39 1,42 1,22 0,49 0,38 0,37 0,54 0,56 0,30 1,32 0,70

Роторная 0-10 10-20 2,58 2,37 1,36 1,26 0,45 0,42 0,47 0,50 0,44 0,34 0,95 0,84

Плоскорезная 0-10 10-20 2,60 2,44 1,38 1,24 0,47 0,40 0,40 0,50 0,51 0,34 1,20 0,80

Нулевая 0-10 10-20 2,62 2,45 1,39 1,33 0,46 0,41 0,49 0,45 0,44 0,41 0,94 0,91

Если по минимальным обработкам (поверхностная) гуминовых кислот было больше только в слое 0-10 см, то по отвальной, а особенно при сочетании отвальной с поверхностной, их было больше и в слое 10-20 см в сравнении с фульвокислота-ми. Отношение Сгк:Сфк подчинялось тем же закономерностям. Так, если по отваль-

ной и сочетанию отвальной с поверхностной обработками отношение Сгк:Сфк составляло 0,91-0,95 и 0,8-1,1 , то по другим обработкам наблюдалось большее количество фульвокислот в слое 0-20 см с соотношением Сгк:СфК равным 0,7-0,8 (табл. 4).

Различия по слоям в отношении Сгк: Сфк> объясняется тем, что по этим обработкам слой 10-20 см не подвергался воздействию, в него поступало меньшее количество корней, в результате гумусообразование шло по фульватно-гуматному типу.

Нитраты в почве.

Наблюдения в стационарном опыте позволили выявить закономерности в динамике процесса нитрификации при различных системах обработки почвы (табл. 5).

Более заметные различия в содержании нитратного азота между обработками также наблюдались в начале вегетации ячменя, а к середине, и особенно, к концу вегетации они в значительной степени выравнивались.

Таблица 5. Содержание нитратов под ячменем при разных системах _ обработки почвы, мг/кг_

Вариант обработки Слой почвы, см 2006 г. 2010 г.

б/у №К б/у ЫРК

Плужная (контроль) 0-10 37,1 53,0 31,9 40,8

10-20 17,5 21,9 17,4 21,7

Плужно-поверхностная 0-10 33,0 38,1 27,4 37,4

10-20 14,2 15,5 13,1 15,2

Поверхностная 0-10 24,5 33,0 23,6 31,2

10-20 12,8 13,7 11,8 12,5

Роторная 0-10 44,0 53,0 40,1 51,4

10-20 18,5 21,9 19,3 23,5

Плоскорезная 0-10 38,1 61,5 39,6 57,9

10-20 14,4 16,5 13,9 15,8

Нулевая 0-10 31,1 38,2 27,8 39,2

10-20 13,6 14,9 12,5 13,5

Интенсивность процесса нитрификации во многом зависела по годам от количества атмосферных осадков, их распределения в течение вегетационного периода и от удобрения.

В засушливое лето 2010 года как без удобрений, так и по удобренному фону в фазу всходов ячменя отмечалось усиление процесса нитрификации в поверхностном слое почвы после осенней вспашки по обеим предпосевным обработкам. Это можно объяснить тем, что вспашка способствовала лучшему увлажнению почвы. Особенно положительное действие оказала предпосевная обработка и посев комбинированным агрегатом, в составе которого имеется фрезерный культиватор, а фре-

зерование, как известно, способствует лучшему крошению и перемешиванию почвы, что повлияло на усиление процесса нитрификации.

В 2006 году относительно благоприятном по метеорологическим условиям процесс нитрификации протекал активнее, чем в 2010 году и во все фазы вегетации ячменя нитратов содержалось больше как в поверхностном, так и в слое 10-20 см. Особенно активно нитрификация протекала в поверхностном слое почвы на вариантах с использованием весной комбинированного агрегата после осенней вспашки и лущения. На делянках без осенней обработки в период всходов ячменя нитратов в пахотном слое в сравнении с контролем содержалось на 14,0-21,9 мг/кг меньше.

В последующие фазы развития ячменя содержание нитратов по всем вариантам опыта уменьшалось, но преимущество сочетания осенней вспашки и лущения с предпосевной обработкой и посевом комбинированным агрегатом сохранялось. Положительное действие комбинированного агрегата в сравнении с обычной предпосевной обработкой и посевом заметно проявилось и на варианте без осенней обработки.

Сравнивая содержание нитратов в среднем за три ротации севооборота, можно заключить, что по плужно-поверхностной и плужной системам отмечено не только большее накопление нитратов в пахотном слое в сравнении с другими системами, но и более равномерное их распределение по профилю почвы.

Содержание и формы фосфора в почве. Данные по содержанию фосфора в почве в зависимости от способов обработки показывают, что вспашка способствует в сравнении с рыхлением некоторому увеличению Р205 в пахотном слое почвы.

По вспашке создается однородный 20-ти сантиметровый слой по содержанию подвижного фосфора, тогда как по рыхлению в слое 10-20 см фосфора было меньше чем в слое 0-10 см в среднем за три года на 11,4%.

Учитывая влияние способов основной обработки почвы на содержание подвижных форм фосфора нами изучена их динамика в зависимости от различных по интенсивности систем обработки в длительном стационарном опыте (табл.6).

Две ротации зернопропашного севооборота (2003-2010 гг.) показали, что плужно-поверхностная и плужная системы обработки, которые способствовали перемещению биогенного верхнего слоя вниз, улучшению физических свойств почвы, как результат увеличилось в этом слое (10-20 см) содержание фосфора. В среднем за три ротации севооборота содержание подвижных фосфатов было больше, чем по поверхностной и плоскорезной обработкам: разница составила соответственно 15,2 и 10,3 %. Система минимальной обработки привела к некоторому увеличению содержания фосфора в слое 0-10 см за три ротации на 14,1% по сравнению с принятой в зоне системой обработки серых лесных почв.

Источником фосфорного питания растений на серых лесных почвах, кроме подвижного фосфора, являются рыхлосвязанные фосфаты, а также фосфаты алюминия, железа и кальция.

Постоянная поверхностная и плоскорезная обработки почвы в севообороте способствовали увеличению содержания минеральных фосфатов в слое 0-10 см, тогда как в слое 10-20 и 20-30 см их было значительно меньше. Плужная, а особенно

плужно-поверхностная обработки способствовали более равномерному распределению "активных" фосфатов по слоям почвы (табл. 7).

Таблица 6. Содержание подвижного фосфора в почве в зависимости _ от её обработки (мг/кг почвы)_1__

Вариант обработки Слой, см В среднем за ротацию В среднем

(2003-2006 гг.) (2007-2010 гг.)

Плужная (контроль) 0-10 10-20 188 182 191 184 189 183

Плужно-поверхностная 0-10 10-20 190 183 194 188 192 185

Поверхностная 0-10 10-20 215 148 226 146 221 147

Роторная 0-10 10-20 188 179 192 180 190 180

Плоскорезная 0-10 10-20 217 150 223 140 220 145

Нулевая 0-10 10-20 213 150 217 148 215 149

Таблица 7. Групповой состав минеральных фосфатов серой лесной почвы __при разных обработках, мг/кг_

Вариант обработки Слой, см Группы фосфатов

рыхло-связанный А1-Р Fe-P Са-Р

Плужная (контроль) 0-10 10-20 14 22 240 189 294 299 163 169

Плужно-поверхностная 0-10 10-20 11 25 250 181 290 302 168 194

Поверхностная 0-10 10-20 следы следы 399 143 344 260 230 107

Роторная 0-10 10-20 следы следы 400 140 333 250 232 110

Плоскорезная 0-10 10-20 20 следы 381 153 305 258 216 98

Нулевая 0-10 10-20 17 следы 388 134 337 250 227 113

В целом внесение фосфорных удобрений под поверхностную и плоскорезную обработки серой лесной почвы, особенно с низкой обеспеченностью подвижным фосфором, в условиях достаточного увлажнения, позволяет создать высокий фос-

фатный уровень и обеспечить стартовый эффект для роста и развития растений. Однако при этих обработках при высокой интенсивности баланса по фосфору накопление остаточного количества удобрений может превысить оптимальную нагрузку на почву и корневую систему растений.

Обобщая наши исследования можно заключить, что плужно-поверхностная и плужная обработки почвы в сравнении с другими обеспечили более однородный слой по подвижному фосфору и активным фосфатам.

Содержание и формы калия в почве. Применение поверхностной обработки способствовало дифференциацией пахотного слоя подвижного калия и в слое 10-20 см. На данном варианте содержание подвижного калия было меньше в сравнении со вспашкой на 18,3-23,2% (табл. 8).

Наибольшее содержание подвижного калия в слое 10-20 см связано, вероятно, не только с периодическим обогащением этого слоя за счет верхнего (0-10 см), но и тем, что в этом слое возрастает емкость ППК и вымывание калия из слоя 0-20 см идет слабее, чем при минимальных обработках. Кроме того, при плужной и, особенно, плужно-поверхностной обработках создаются лучшие условия для перехода калия из необменно-поглощенной формы в обменную в слое 10-20 и 20-40 см.

По формам калия существенные различия между вариантами отмечались по необменно-поглощенному калию и в меньшей степени по обменной форме. Наибольшее содержание недоступной формы калия было в слое 20-40 см на вариантах с поверхностной (3500 мг/кг) и плоскорезной (3800 мг/кг) системами обработки, что на 500-700 мг/кг больше в сравнении с другими вариантами (табл. 9).

Таблица 8. Динамика подвижного калия при длительном применении _систем обработки почвы, мг/кг почвы _

Вариант обработки Слой Ротации В среднем

почвы, см 1 2 за две ротации

Плужная (контроль) 0-10 131 139 135

10-20 125 134 130

Плужно-поверхностная 0-10 133 140 137

10-20 129 141 135

Поверхностная 0-10 134 146 140

10-20 118 112 115

Роторная 0-10 132 145 139

, 10-20 119 121 120

Плоскорезная 0-10 138 143 141

10-20 119 120 120

Нулевая 0-10 135 137 136

10-20 115 119 117

Таблица 9. Формы калия в почве при разных обработках

Вариант обработки Слой К20 в мг на кг почвы

водо- обмен- гидро- необменно-

раствор ный лизуемыи поглощенный

имыи

Плужная (контроль) 0-10 10 190 811 2600

10-20 8 197 734 2890

20-40 7 185 656 3050

Плужно- 0-10 10 211 830 2500

поверхностная 10-20 9 208 802 2500

20-40 9 186 690 ЗОЮ

Поверхностная 0-10 9 210 805 2690

10-20 8 185 729 2900

20-40 8 165 662 3500

Роторная 0-10 10 205 800 2688

10-20 8 181 766 2904

20-40 7 166 660 3489

Плоскорезная 0-10 10 213 807 2600

10-20 8 186 719 2700

20-40 8 167 669 3800

Нулевая 0-10 11 214 821 2677

10-20 8 180 720 2900

20-40 6 162 669 3400

Этим объясняется более высокое содержание обменного калия в отмеченном слое на контрольном варианте, однако, в верхних слоях почвы тенденции обратные.

Коэффициенты использования элементов питания из удобрений. Рациональная система обработки почвы наряду с решением других задач оптимизации условий жизни культурных растений должна быть направлена и на уменьшение производительных потерь питательных веществ вносимых удобрений, повышение коэффициента использования питательных веществ из удобрений.

Как показали исследования, влияние приемов обработки почвы на коэффициент использования элементов питания из удобрений в значительной степени зависит от условий увлажнения (табл. 10).

Наибольшая величина коэффициента использования удобрений по всем вариантам опыта отмечалась в благоприятном по условиям увлажнения 2006 году и наименьшая в засушливом 2010 году.

Что касается действия приемов основной обработки, то в 2006 году некоторое преимущество имела вспашка, особенно в сравнении с вариантом без осенней обработки. Это преимущество была наибольшей по фосфору - на 52,5-48,6% в зависимости от предпосевной обработки. В 2010 году можно говорить только о тенденции

к увеличению коэффициента использования из удобрений по вспашке в сравнении с лущением и некотором преимуществе вспашки с невспаханными с осени делянками.

Таблица 10. Влияние систем обработки почвы на использование _элементов из удобрений на ячмене, %_

Вариант обработки 2006 г. 2010 г.

N Р К N Р К

Плужная (контроль) 27,2 10,1 26,0 40,1 14,9 37,2

Плужно-поверхностная 32,4 12,2 31,6 49,5 15,8 42,8

Поверхностная 25,2 10,7 23,8 31,4 13,2 30,0

Роторная 28,1 11,0 24,3 49,0 15,6 43,3

Плоскорезная 25,6 5,2 17,0 28,7 12,5 27,8

Нулевая 27,5 5,8 20,1 42,2 14,6 40,0

Из предпосевной обработки почвы применение комбинированного агрегата способствовало повышению коэффициента использования питательных веществ из удобрений, особенно при минимализации осенней обработки в засушливом году. Эта разница достигала 12,2-13,5 % в зависимости от вида удобрений.

Вспашка и особенно ее сочетание с поверхностной обработкой способствует существенному повышению коэффициента использования элементов питания из удобрений. Отмечено увеличение данного показателя по фосфору во второй ротации на 6,0 %, а по калию на 7,1 % в сравнении с поверхностной обработкой. Плоскорезная обработка также уменьшала величину коэффициента использования. В среднем за две ротации зернопропашного севооборота лучшие условия для использования питательных веществ из удобрений создавались по плужно-поверхностной и плужной системам обработки почв.

Таким образом, плужно-поверхностная и плужная системы обработки почвы в зернопропашном севообороте при прочих равных условиях создают лучшие условия для обеспечения растений азотом, что повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Урожайность возделываемых культур и продуктивность севооборота.

Различные системы обработки почвы в зернопропашном севообороте, оказали неодинаковое действие на почвенные условия роста и развития растений, приводили к различиям в урожайности сельскохозяйственных культур (табл. 11). Наибольшие величины продуктивности отмечены по плужно-поверхностной, поверхностной и плоскорезной обработкам почвы. Прибавки составили 5,6-7,2 т.з.е./га, что составляет 23,0-30,0 % к контрольному варианту. При этом наибольшая продуктивность за две ротации севооборота отмечена плужно-поверхностной системе обработки - 7,2 т.з.е./га (30 %).

Таблица 11. Урожайность культур и продуктивность севооборота при разных системах обработки почвы, т/га

Вариант обработки 1 ротация 2 ротация Общая продуктивность, т/га з.е. Среднегодовая продуктивность, т/га з.е.

2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.

Вико-овсяная смесь Озимая пшеница Картофель Ячмень. Вико-овсяная смесь Озимая пшеница Картофель Ячмень всего прибавка всего прибавка

т/га % т/га %

Плужная (контроль) 11,5 2,2 27,0 2,5 26,2 3,4 21,3 2,1 24,0 — — 3,0 — —

Плужно-поверхностная 12,7 2,3 27,0 2,4 27,1 3,8 23,3 2,4 31,2 7,2 30 3,9 0,9 30,0

Поверхностная 15,4 2,4 21,7 2,0 29,5 3,0 15,9 2,5 30,4 6,4 27 3,8 0,8 26,7

Роторная 15,2 2,4 22,8 2,1 29,2 3,2 17,2 2,5 28,0 4,0 17 3,5 0,5 16,7

Плоскорезная 13,7 2,3 20,8 1,9 30,7 2,8 16,3 2,6 29,6 5,6 23 3,7 0,7 23,3

Нулевая 14,3 2,4 16,3 1,6 30,8 2,6 14,7 2,5 28,0 4,0 17 3,5 0,5 16,7

НСР05 0,2 0,2 1,1 0,2 1,9 0,1 1,2 0,1 — — — — — —

Анализ данных таблицы 11 показал, что урожайность вико-овсяной смеси по всем изучаемым системам обработки во все годы была примерно одинаковой. Разница в урожаях находилась в пределах ошибки опыта.

Использование поверхностных обработок почвы привело к достоверному увеличению урожайности зерна озимой пшеницы в сравнении с контролем.

Заметное влияние обработки оказали на урожайность картофеля. Самый высокий урожай был получен по плужно-поверхностной и плужной системам обработки. Поверхностная, роторная и плоскорезная - снизили урожайность картофеля по сравнению с контролем на 9,4-25,5 %. Самая низкая урожайность картофеля была получена по нулевой системе обработки, что объясняется высокой засоренностью и более значительным уплотнением почвы.

Существенное снижение урожайности ячменя в условиях 2006 года отмечалось по поверхностной, роторной, плоскорезной и нулевой. Напротив, в острозасушливом 2010 году лучше зарекомендовали поверхностные обработки.

Таким образом, только плужно-поверхностная система обработки обеспечивала повышение урожайности полевых культур.

Следовательно, в условиях южной части Нечерноземной зоны плужно-поверхностная система обеспечивает повышение урожайности всех полевых культур по сравнению с плужной системой обработки серых лесных почв.

Энергетическая и экономическая эффективность. Высокие энергетические и трудовые затраты на обработку почвы диктуют необходимость разработки и внедрения в производство энергосберегающих систем обработки почвы и технологий возделывания сельскохозяйственных культур с учетом почвенно-климатических условий. Расчет эффективности систем обработки почв по снижению расхода топлива показали, что при проведении нулевой системы обработки экономия составляла - 79,2%, а при поверхностной - 67,4% от расхода горючего при плужной системе обработки почвы. Расчет коэффициента энергетической эффективности (КЭЭ) указывает на ее большую величину по плужно-поверхностной системе обработки почвы в зернопропашном севообороте - 2,9 единиц, несколько меньше - 2,7 единиц по поверхностной, тогда как на контроле она составила 1,2 единиц (табл. 12). По другим этот показатель колебался от 1,7 до 2,4 единиц.

Расчет эффективности систем обработки почв по снижению расхода топлива показали, что при проведении нулевой системы обработки экономия составляла -79,2%, а при поверхностной - 67,4% от расхода горючего при плужной системе обработки почвы. Расчет коэффициента энергетической эффективности указывает на наилучшую энергетическую эффективность плужно-поверхностной системы обработки почвы.

Возделывание сельскохозяйственных культур сопровождается набором технологических операций. В наших исследованиях изучалась эффективность разных систем обработки почвы. Самая высокая продуктивность севооборота была получена в варианте с плужно-поверхностной системой обработки — 3,9 т.з.е./га, что на 0,9 т.з.е./га выше, чем при плужной системой. В этом варианте наибольшим был и валовой доход с одного гектара (табл. 13).

Общие производственные затраты были самыми высокими (12090 руб./га) при отвальной обработке, а при нулевой самыми низками — 11500 руб./га. Как итог,

наибольшее значение уровня рентабельности оказалось в варианте с плужно-поверхностной системой обработки - 63%, по поверхностной - 59%, что на 35-39% больше традиционной системы обработки почвы в зернопропашном севообороте. По другим системам обработки почвы уровень рентабельности составил 46-54% (табл. 13).

Таблица 12. Энергетическая оценка разных систем обработки серой лесной почвы, в среднем за ротацию зернопропашного севооборота

Показатели Плужная (контроль) Плужно-поверхностная Поверхностная Роторная Плоскорезная Нулевая

Объем работ, ус.эт.га 12,25 10,18 9,88 14,06 11,79 6,07

Общий расход энергии, ГДж/га 122 101 98 115 117 90

Выход энергии, ГДж/га 147 293 265 200 230 218

Коэффициент энергетической эффективности 1,2 2,9 2,7 1,7 2,0 2,4

Таблица 13. Эффективность систем обработки серой лесной __тяжелосуглинистой почвы__

Показатели Плужная (контроль} Плужно-поверхностная Поверхностная Роторная Плоскорезная Нулевая

Продуктивность за две ротации (в среднем), т.з.е./га 3,0 3,9 3,8 3,5 3,7 3,5

Стоимость продукции, руб./га 15000 19500 19000 17500 18500 17500

Затраты труда на 1 га, чел/ч. 4,0 3,9 3,5 3,8 3,9 3,5

Производственные затраты, руб./га 12090 12000 11900 11980 12000 11500

Условный чистый доход, руб./га 2910 7500 7100 5520 6500 6000

Уровень рентабельности, % 24 63 59 46 54 52

Таким образом, экономически выгодно использовать в зернопропашном севообороте с чередованием культур: вико-овсяная смесь (зеленая масса) - озимая пшеница — картофель - ячмень плужно-поверхностную систему обработку почвы.

Выводы:

1. Системы обработки почвы, направленные на минимализацию механических воздействий, разрабатываются с учетом оптимизации элементов плодородия почвы, в частности содержания гумуса и доступных растениям питательных веществ. Распространение поверхностных обработок в пределах ареала серых лесных почв сдерживается малым содержанием гумуса, не соответствующим высокоокульту-ренным моделям (не ниже 3%).

2. Мощность развития корневой системы и распределение ее по слоям почвы зависит от возделываемых культур и системы обработки. Наилучшее развитие ее в опыте отмечено по плужно-поверхностной системе обработки почвы, что способствовало повышению продуктивности севооборота.

3. Ресурсосберегающая система обработки почвы в зернопропашном севообороте (нулевая, поверхностная, плоскорезная) не приводила к переуплотнению пахотного (корнеобитаемого) слоя серой лесной почвы выше 1,3 г/см3.

4. Плужно-поверхностная система обработки почвы способствует более равномерному распределению гумуса в верхнем корнеобитаемом слое на уровне 2,5%. Она также положительно влияет на физико-химические свойства серой лесной почвы, увеличивая сумму обменных оснований и степень насыщенности до 20 мг-экв/ на 100 г почвы и 80% соответственно.

5. Системы обработки оказывают разное влияние на содержание и распределение нитратного азота, подвижных соединений фосфора в почве. Безотвальная и поверхностная обработки способствуют накоплению элементов питания в поверхностном слое, определяя верхний тип питания. Плужно-поверхностная и, в определенной мере, плужная обработки повышают подвижность фосфора и калия в серой лесной почве.

6. При поверхностной обработке серой лесной почвы происходит перераспределение форм фосфора и калия. В верхних слоях почвы возрастает доля фосфатов алюминия и обменного калия, а в нижних слоях увеличивается количество необ-менно-поглащенного калия.

7. Переменная по глубине плужно-поверхностная обработка и вспашка с использованием весной комбинированного агрегата повышают коэффициент использования элементов питания из удобрений на 30% в сравнении с поверхностной и плоскорезной обработками.

8. Эффективность систем обработки почвы по влиянию на урожайность возделываемых культур и продуктивность севооборота определялась биологическими особенностями растений и метеоусловиями года. Наибольший выход продукции,3,9 т.з.е./га получен при использовании плужно-поверхностной системы обработки серой лесной почвы.

10. Плужно-поверхностная обработка почвы обеспечивает наилучшую энергетическую и экономическую эффективность. Коэффициент энергетической эффек-

тивности в зернопропашном севообороте составил 2,9 единиц, на контроле 1,2 единиц, по другим системам обработки почвы колебался от 1,7 до 2,4 единиц.

Экономически выгодно использовать в зернопропашном севообороте с чередованием культур: вико-овсяная смесь (зеленая масса) - озимая пшеница - картофель — ячмень плужно-поверхностную систему обработку почвы, так как уровень рентабельности возрастает в сравнении с традиционной системой обработки почвы на 39%, а условно чистый доход на 4590 руб./га.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

Для обеспечения высокой и стабильной продуктивности севооборота в южной части Центрального Нечерноземья следует использовать плужно-поверхностную систему обработки почвы в сочетании с комбинированными агрегатами и внесением минеральных и органических удобрений в дозах, рассчитанных балансовым методом на планируемую урожайность культур зернопропашного севооборота на фоне использования гербицидов.

Сущность плужно-поверхностной обработки почвы включает следующие приемы под культуры севооборота: вико-овсяную смесь — зяблевая вспашка на 20-22 см, весной комбинированный агрегат КА-3,6 или другой современный аналог; озимая пшеница — осеннее лущение на 6-8 см, весной комбинированный агрегат; картофель - зяблевая вспашка на 20-22 см, предпосевное фрезерование на глубину 14-16 см; ячмень — осеннее лущение 6-8 см, весной комбинированный агрегат.

СПИСОК

опубликованных работ по теме диссертации:

1. Костин Я.В. Коэффициент использования минеральных удобрений при разных способах обработки почвы и урожайность яровой пшеницы / Я.В. Костин, Н.И. Бе-лобрагии // Международный технико-экономический журнал. 2011, № 5, с. 104106.

2. Белобрагии Н.И. Изменение агрохимических показателей плодородия при разных системах обработки почвы / Н.И. Белобрагии, Я.В. Костин // Международный технико-экономический журнал. 2012, №3. с. 75-79.

3. Чижикова Н.П. Влияние удобрений на минералогический состав агросерой почвы / Р.Н. Ушаков, Н.И. Белобрагии//Агрохимия, 2012, №11, с. 5-10.

4. Ушаков Р.Н. Ретроспективный анализ агрохимического состояния почв Рязанской области / Р.Н. Ушаков, Н.И. Белобрагии // Юбилейный сборник научных трудов студентов, аспирантов и преподавателей агроэкологического факультета ФГБОУ ВПО РГАТУ, посвященный 110-летию со дня рождения профессора Е.А. Жорикова. 2011, с. 37-43.

5. Ушаков Р.Н. Устойчивость почвы - основа экологической безопасности.// Р.Н. Ушаков, Н.И. Белобрагии // Сб. науч. трудов Азербайджанского общества почвоведов. 2011, № 1, с. 133-137.

6. Костин Я.В. Агроэкологическая эффективность разных форм минеральных удобрений на серых лесных почвах / Я.В. Костин, Н.И. Белобрагии // Сб. науч. трудов Азербайджанского общества почвоведов. 2011, № 1, с. 141-145.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л.1 Тираж 100 экз. Заказ М J 032 \Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехиологический университет имени П. А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методи ческих пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Белобрагин, Николай Иванович, Рязань

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ « РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.А. КОСТЫЧЕВ А»

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ НА ПЛОДОРОДИЕ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТА

Специальности: 06.01.01 - «Общее земледелие, растениеводство»

06.01.04 - «Агрохимия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук профессор Я.В. Костин

Рязань 2013

Содержание

Введение 3

Глава 1. Научные и практические вопросы агроэкологической эффек- 6 тивности обработок почвы (обзор литературы)

1.1. Проблема переуплотнения почв 6 -

1.2. Использование минеральных удобрений 10;

1.3. Современные энергосберегающие технологии обработки почвы 17 ' Глава 2. Условия и методика проведения многолетних полевых опы- 26 тов и лабораторных исследований

2.1. Почвенно-климатические условия 26

2.2. Схема и агротехнические условия проведения полевых опытов 34 2.2.1. Многолетний опыт в севообороте 34 2.2.2 Схема и агротехника проведения полевого опыта с ячменем 37

2.3. Методика исследований 37 Глава 3. Результаты исследований 40 Изменение агрофизических, агрохимических и физико-химических свойств серой лесной почвы

3.1. Плотность и сложение пахотного слоя 40

3.2 Элементы плодородия пахотных почв Рязанской области 42

3.3. Физико - химические свойства 44

3.4. Гумус и его качественный состав 50 3. 5. Нитраты в почве 57

3.6. Коэффициенты использования элементов питания из почвы 62

3.7. Содержание и формы фосфора в почве 66

3.8.Формы калия в почве 70 Глава 4. Развитие корневых систем. Урожайность возделываемых культур, продуктивность севооборота и качество продукции 74

4.1. Глубина заделки семян и состояние корневых систем 75

4.2. Биологическая активность почвы 78

4.3. Урожайность возделываемых культур 81

4.4. Качество продукции возделываемых культур 83 Глава 5. Энергетическая и экономическая оценка приемов обработки 87 почвы и применения удобрений

Выводы 90

Рекомендации производству 91

Список литературы 93

Приложение 105

Введение

Актуальность темы. В технологическом комплексе возделывания сельскохозяйственных культур особое место занимают агротехнические мероприятия, в том числе система обработки почвы.

Между тем возрастающее механическое воздействие на почвенную среду влечет за собой ряд нежелательных последствий. Они заключаются в больших энергетических затратах, возрастанием механического давления на почву в результате увеличения массы движителей, и частоты движения агрегатов по полю, что усиливает деградацию почвы, повышает ее плотность, сопротивление обработке, снижает и усиливает эрозионные процессы. Все это негативно сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур. Указанные отрицательные явления повышают актуальность ми-нимализации обработки почвы в современном земледелии.

Вопросам изучения разных по интенсивности систем обработки почвы на дерново-подзолистых почвах большое внимание уделяли ученые Московского НИИСХ «Немчиновка» (Саранин (1975; Старовойтов, 1980; Кирдин, 1996; Сдобников, 2000; Дудинцев, Федорищев, 2000; Киселев, 2004; Шептухов, 2012 и другие). Большой вклад в решении этой проблемы внесли ученые-земледелы Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Пупонин, 1978; Баздырев, 1982; Лыков, 1976; Лошаков, 1980; Матюк, 1999), а также другие профильные ВУЗы и НИИ.

Авторы отмечают преимущества и недостатки разных систем обработки с позиции влияния их на засоренность, биологические и физические показатели плодородия, продукционный процесс. Вместе с тем недостаточно изучены вопросы по их воздействию на агрохимические свойства почвы, использованию сельскохозяйственными растениями почвенных ресурсов при обработках. В особенности это касается серых лесных почв, где исследования такого рода проведены недостаточно.

Цель исследований - изучить эффективность систем обработки серой лесной почвы, оценить их влияние на показатели плодородия и продуктивность полевых культур при длительном возделывании в севообороте на юге Центрального Нечерноземья.

В задачи исследований входило:

- изучить динамику агрофизических, агрохимических, физико-химических показателей почвы при разных обработках;

- определить вынос элементов питания возделываемыми культурами;

- рассчитать коэффициент использования азота, фосфора и калия в севообороте;

- изучить влияние обработок почвы на урожайность полевых культур, общую продуктивность севооборота и качество продукции;

- дать энергетическую и экономическую оценку изучаемым приемам.

Научная новизна. Впервые в условиях южной части центрального Нечерноземья на серой лесной почве выявлены изменения агрофизических, агрохимических и физико-химических свойств под воздействием разных по интенсивности систем обработки почвы.

Изучена динамика погодных условий, обосновывающая необходимость сбережения воды в почве через корректировки систем обработки почвы. Показаны некоторые свойства серой лесной почвы (буферность к подкислению, минералогический состав), отражающие ее адаптационные возможности к разным способам механического воздействия. Дана энергетическая и экономическая оценка разным системам обработки почвы.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Основные результаты исследований будут использованы при производстве растениеводческой продукции, разработке интенсивных технологий и усовершенствования существующих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Полученные результаты дают право рекомен-

довать для производителей растениеводческой продукции плужно-поверхностную систему обработки почвы.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на ежегодных внутривузовских научных конференциях Рязанского ГАТУ; на съезде общества почвоведов в Азербайджане (2011 г).

Глава 1. Научные и практические вопросы агроэкологической эффективности обработок почвы (обзор литературы) 1.1. Проблема переуплотнения почв

Высокий уплотняющий эффект на почву оказывает сельскохозяйственная техника. В настоящее время накоплены многочисленные данные о снижении урожайности от воздействия движителей и МТА за рубежом и почти во всех районах нашей страны.

Имеющееся небольшое число отечественных и зарубежных работ свидетельствует о неодинаковой эффективности удобрений при различной степени уплотнения почвы. Наибольший эффект удобрения обеспечивают при оптимальной плотности почвы, которая завит от условия увлажнения, видов и доз удобрений.

От выбора системы обработки почвы зависит решение такой важной проблемы в земледелии как уплотнение почв.

Одним из основных внешних антропогенных воздействий на почву, ведущих к деградации ее физического состояния, является воздействие энергонасыщенной сельскохозяйственной техники. Устойчивость и чувствительность почв к уплотняющему воздействию сельскохозяйственной техники определяется их прочностными характеристиками. Деформация почвы и ее уплотнение начинаются при условии, что внешнее воздействие превышает ее прочность. Прочность почв складывается из их устойчивости к разрыву, сдвигу и раздавливанию.

Увеличение в технологических операциях возделывания сельскохозяйственных культур проходов сельскохозяйственной техники приводит к уплотнению почвы (Ильина, 1997; Колышкин, 2005). Сам процесс уплотнения почвы рассматривается как один из видов физической деградации почв.

В почвах тяжелого гранулометрического состава прочность определяется степенью их агрегированности, механической прочностью и водо-

прочностью агрегатов. Важное значение в повышении устойчивости к

6

внешнему воздействию играет плотность почв. С повышением плотности даже в диапазоне ее оптимальных значений от 1,1 до 1,3 г/см3 снижается чувствительность к уплотняющему воздействию, повышается сопротивление разрыву, сдвигу и раздавливанию в 2-3 раза (Ильина, 1997).

Минеральные удобрения, с одной стороны, частично снимают отрицательное воздействие уплотнения на плодородие почв и урожайность культур, а с другой, их действие на урожай блокируется переуплотнением почвы.

Из-за переуплотнения дерново-подзолистых почв бесполезно расходуется до 40 % минеральных удобрений. Для устранения отрицательного влияния уплотнения почвы на урожай их заключению, необходимо вносить повышенные дозы удобрений, особенно органических и фосфорных, размещая их непосредственно в зоне корневой системы растений (локально).

Л.В. Ильина (1997), изучая влияние различных доз удобрений на агрофизические свойства почвы, пришла к выводу, что минеральные удобрения (в основном в небольших дозах) улучшают физические свойства почв. Их положительное действие объясняется повышением урожая и дополнительным поступлением растительных остатков.

В настоящее время можно считать установленным, что оптимальные агрофизические условия в почве для зерновых культур создаются при плотности ее сложения в интервале 1,05-1,30 г/см . Определены и всесторонне обоснованы рациональная доза минеральных удобрений под основные сельскохозяйственные культуры Республики Мордовия и оптимальная система основной обработки почв в севооборотах (Колышкин, 2002).

Влияние уплотнения почвы на урожайность культур может быть опосредовано через изменение ее некоторых свойств. А.К. Колышкин (2005) отмечает, что чрезмерное уплотнение снижает биологическую активность почвы, подавляет процесс нитрификации и отрицательно влияет

на потребление растениями питательных веществ из почвы.

7

В связи с интенсификацией сельского хозяйства возрастает необходимость повышения эффективности вносимых удобрений, а на уплотненных почвах, где создаются благоприятные условия для процесса денитри-фикации, в первую очередь азотных.

А.В. Кислов (2003) рекомендует в зернопаровом севообороте систему обработки почвы, включающая глубокое плоскорезное рыхление под озимую пшеницу, мелкое рыхление под просо и ячмень, а под яровую пшеницу после проса мульчированный посев по нулевому фону. Уход за стерневым паром, с целью сбережения влаги, необходимо осуществлять с использованием всех культиваций на 6-8 см. В благоприятное по увлажнению лето следует применять химический пар.

По данным Бугаевского и др. (20505), в уплотненных до 1,35-1,40 г/см и выше дерново-подзолистых и каштановых суглинистых почвах могут создаваться ограниченные условия использования азота самой почвой, а поэтому высокий урожай возможен только при внесении повышенных доз азотных удобрений с проведением агротехнических мероприятий и технологий возделывания культур, направленных на снижение плотности сложения корнеобитаемого слоя.

Исследования Ю.И. Митрофанова (2010) показали возможность замены вспашки под озимую рожь на безотвальную обработку орудиями чи-зельного типа, что позволяет сократить затраты труда на основную обработку почвы на 10,8-33,9%.

Ухудшение физических свойств почвы при однократном проходе тракторов Т-150 и К-700 отрицательно сказывается на урожае сельскохозяйственных культур в первые и последующие годы, поэтому в Нечерноземной зоне их не рекомендуют использовать на весенних работах: закрытии влаги, бороновании, культивации, посеве ранних яровых культур.

Исследованиями Е.Ф. Кислова (2004) по сокращению последействия

уплотнения почв выявлено, что это связано с необратимыми изменениями

структурного состояния почв, при этом идет распыление структуры, ее

8

истирание. При увлажнении такая распыленная почва сплывается, а при последующем иссушении формирует крупные глыбы. При воздействии техники на влажную почву наблюдается ее перемятие с образованием при подсушивании также глыбистой структуры.

По данным А.И. Пупонина (1984), уплотненная тракторами почва в течение одного вегетационного периода не разуплотняется, и из года в год снижается урожайность сельскохозяйственных культур. При суммарном накоплении 10-ти кратного уплотнения почвы за пять лет недобор урожая составил 20-30 %. В результате машинной обработки за 30 лет плотность почвы увеличилась на 6,5 %, урожай яровых снизился на 17-36 % .

По данным JI.B. Ильиной (1997), последействие уплотнения почвы устойчиво сохраняется и через год после проходов тракторов, несмотря на вспашку и предпосевную обработку. Если в первый год сплошное уплотнение тракторами приводило к существенному снижению урожая зерна ярового ячменя от 18 до 48 %, то в последействии существенное снижение урожая ячменя ил колебалось от 20 до 28 %.

В исследованиях Д.М. Ермакова, Е.И. Ефимовой (1981), проведенных на серых лесных почвах, установлено увеличение плотности в слое 10-20 см при введении поверхностных обработок, хотя отмечалось снижение различий по сравнению с вспашкой в динамике влажности.

В монографии А.И. Пупонина (1984) этот вопрос не раскрыт до конца, так как для оценки минимальной обработки использовался слой 0-20 и 20-40 см с указанием, что наблюдаемые различия между основной обработкой к посеву зерновых культур устранились.

По данным A.A. Колышкина (2005), уплотнение серой лесной почвы приводит к увеличению содержания аммиачного азота с 4,62 до 16,34 мг/100 г почвы и снижению накопления нитратного азота с 2,83 до 0,31 мг/100 г почвы.

Таким образом, необходимость в минимализации обработки почвы продиктована не только экономией энергетических ресурсов, но и предотвращением переуплотнения почвы.

1.2. Использование минеральных удобрений

Исследование обработки почвы ведется в связи с особенностями аг-роландшафта природно-климатических зон и погодных условий, вопросами плодородия и структуры почвы, условиями роста и развития отдельных культур в севооборотах (Шептухов, 2008).

Основные тенденции в обработке почвы заключаются в постепенном переходе от традиционной обработки к сокращенной обработке с использованием элементов минимализации и применением пестицидов, в дальнейшем, как полагает В.Н. Шептухов, минимализация всего технологического процесса вплоть до прямого посева с включением адаптационного потенциала растений.

В большинстве случаев в процессе сельскохозяйственного использования происходит постепенное ухудшение водно-физических, агрохимических и других свойств почвы. Это не позволяет реализовать в полной мере ресурсы влаги, биологический потенциал сортов.

Проблеме рационального применения удобрений посвящено многочисленные работы В.Г. Минеева (1993, 1995, 1999), Я.В. Костина (2001). Н.В. Войтовича и др. (2003) и других авторов. Проанализировав научные труды, мы систематизировали и интегрировали сведения, приведя ниже их краткую интерпретацию.

В современных условиях для поддержания содержания гумуса, элементов питания на оптимальном уровне необходимо вносить на богаре не менее Ют навоза на 1 га, минеральных удобрений в норме не ниже 100 кг д.в. на 1 га. Для большинства сельскохозяйственных предприятий реализация этих мер нереальна. Возникает потребность в более полном вовлечении почвенных запасов, что возможно через обработку почвы. Одна из задач обработки — трансформация трудно усваиваемых форм питательных

10

веществ в легкодоступные для растений. При этом необходимо обеспечивать условия для благоприятного развития естественных процессов в почве - структурообразование, деятельность полезной почвенной микрофлоры.

Применение минеральных удобрений должно быть направлено на улучшение минерального питания и повышение урожайности в текущем году. Их использование необходимо только в те периоды жизнедеятельности растений и развития почвенных процессов, когда естественным путем невозможно восстановить те или иные показатели плодородия (Bartolomew, 1965; Epstein, 2003; Firth, 2003; Bahn, 2007).

В настоящее время большую озабоченность вызывает низкий коэффициент использования минеральных удобрений. Причем, по мере интенсификации сельскохозяйственного производства, он не возрастает и даже не остается стабильным, а имеет тенденцию к снижению. Существуют несколько способов увеличения вышеуказанного коэффициента, в том числе за счет рациональной системы обработки почвы.

В опытах И.Н. Шаркова (2009) установлено влияние минимальной обработки почвы на накопление гумуса в старопахотном черноземе. Установлено, что наибольшее снижение минирализации почвенного азота происходило в первые пять лет после перехода к минимальным обработкам почвы. Аналогичные данные получены в опытах А.Х. Куликовой и др. (2003) и В .К. Бугаевского и др. (2005).

Исследования, проведенные в полевых опытах на серых лесных почвах, показали (Никитишен, 1984;), что низкая обеспеченность их азотом является в большинстве случаев основным фактором, ограничивающим формирование высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Это обуславливает сильную потребность растений в азотных, фосфорных и калийных удобрени�