Влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы

Якушева, Ольга Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы
ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы"

На правах рукописи

Якушева Ольга Игоревна

Влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы

Специальность 06.01.03 - агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 6 СЕН 2013

Санкт-Петербург - 2013

005533616

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Агрофизический научно-исследовательский институт Россельсхозакадемии»

Научный руководитель: Михайленко Илья Михайлович

доктор технических наук

Официальные оппоненты: Осипов Анатолий Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Агрофизический НИИ, заместитель заведующего отделом физико-химической мелиорации и опытного дела.

Донских Иван Николаевич доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Почвоведения и агрохимии» ФГОУ ВПО СПбГАУ

Ведущая организация Почвенный институт им. В.В. Докучаева Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита диссертации состоится «16»октября 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 006.001.01 при ГНУ Агрофизическом научно-исследовательском институте Россельхозакадемии по адресу: 195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., д. 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института

Автореферат разослан «_»_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Е. В.Канаш

Актуальность. В сельскохозяйственном производстве часто приходится сталкиваться с внутрипольной почвенной неоднородностью, которая является причиной пестроты урожаев на поле, поэтому возникает острая необходимость учета внутрипольной неоднородности в условиях интенсивного производства и внедрения адаптивно-ландшафтных систем земледелия, т.к. без учета неоднородности невозможно получить ожидаемый экономический эффект (Кирю-шин, 2005 г.). Решение этой проблемы связано с необходимостью разработки новых агротехнических методов, повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и комплексного обследования факторов их высокоэффективного применения в конкретных почвенно-климатических условиях. С развитием геоинформационных систем (ГИС) и системы глобального позиционирования (GPS) появился новый вид агротехнологий: «точное земледелие», который изначально рассматривает поле как неоднородное и позволяет дифференцированно проводить агротехнические операции. Методы анализа неоднородности почвенного покрова постоянно совершенствуются, особенно с развитием сенсорных технологий, обеспечивающих снижение затрат на проведение анализа, повышение производительности и скорости обработки исходных данных, а также точности и достоверности результатов (Якушев, Васенёв, 2007).

Цель работы. Изучить влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на формирование урожайности зерна яровой пшеницы. При этом предусматривалось решение следующих задач:

- провести анализ существующих подходов и методов изучения природы почвенной неоднородности, её влияния и влияния уровней интенсивности агротехнологий на процесс формирования урожайности;

- на основе анализа структуры почвенного покрова, агрофизических и агрохимических характеристик полей разработать методику экспериментальных исследований с использованием информационно-технических возможностей точного земледелия и ГИС - технологий;

- составить электронные тематические карты сельскохозяйственных угодий по микрорельефу, глубине залегания подстилающей породы по заданным полигонам;

-разработать методику определения суммарной урожайности диффе-

ренцированно по зонам внутрипольной почвенной неоднородности с использованием соответствующих тематических карт (электронных слоев) и электронной карты урожайности;

- установить влияние глубины залегания подстилающей породы и структуры почвенного покрова на урожайность зерна яровой пшеницы;

- выявить влияние уровня интенсификации агротехнологий на формирование урожая яровой пшеницы на фоне внутрипольной почвенной неоднородности;

- провести экономическую оценку технологий различного уровня интенсификации.

Научная новизна. Впервые на Северо-Западе России проведена оценка влияния почвенной неоднородности, глубины залегания подстилающей породы и интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы. Разработана методика использования данных электронной карты урожайности для проведения оценки внутрипольной почвенной неоднородности.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований показано, что возделывание яровой пшеницы по высокоинтенсивной агротехнологий с элементами точного земледелия, несмотря на наличие высокой внутрипольной неоднородности, существенно увеличивало урожайность. Дифференцированное внесение удобрений, также позволяет сократить их расход на 25 ... 30%. Разработанная методика применения электронной карты урожайности для оценки влияния внутрипольной неоднородности, может быть использована для закладки опытов в хозяйствах и для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия.

Положения, выносимые на защиту:

1. Доля влияния неоднородности почвенного покрова, глубины залегания подстилающей породы и степени интенсификации агротехнологий возделывания яровой пшеницы на величину урожая и его структуру.

2. Методика применения новых информационных технологий для сопряженной оценки влияния почвенной неоднородности при различных объемах внесенных удобрений на урожайность яровой пшеницы.

3. Компьютерная технология определения величины интегрированной урожайности зерновых культур дифференцированно по почвенным ареа-

лам на основе использования карты урожайности и тематических карт, характеризующих внутрипольное пространственное распределение почвенной неоднородности.

Апробация работы. Начальный этап работы был выполнен в 2005 г. в рамках проекта почвенного картографирования, проведенного сотрудниками кафедры почвоведения РГАУ-МСХА. Затем работа была продолжена в рамках исследований, проводимых Агрофизическим институтом (АФИ) по базовой научно-технической программе: «Разработать методы и приемы управления продукционным процессом посевов в условиях пространственно-временной неоднородности среды обитания растений, с целью повышения адаптивности агротехнологий к условиям окружающей среды и обеспечения высокой продуктивности агроценозов» (2006-2010 гг.). По основным положениям диссертации был сделан доклад на научной конференции «Методическое и экспериментальное обеспечение адаптивно-ландшафтных систем земледелия», 2007 г. и на координационном совещании в АФИ (2010 г.), на 45-й Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур» (21 апреля 2011 г.) ГНУ ВНИИА им. Прянишникова доклад занял первое место. В 2013 г. результаты диссертационной работы доложены на научном семинаре «Цифровая картография» в Почвенном НИИ им. Докучаева и на научной сессии по итогам 2012 г. в АФИ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в «Перечень российских рецензируемых научных журналов ...».

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 112 источников (из них 15 иностранные) и 3 приложения. Работа изложена на 140 страницах, содержит 29 таблиц и 32 рисунка.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность за помощь и поддержку в работе коллективу Агрофизического НИИ, а также сотрудникам Почвенного НИИ им. Докучаева.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Современные представления о роли внутрипольной ночвенной неоднородности и дифференциации агротехнологий в адаптивно-ландшафтной системе земледелия (АЛСЗ)

Рассмотрена проблема влияния неоднородности структуры почвенного покрова на урожайность сельскохозяйственных культур. Представлен обзор методов её учета. Показана необходимость проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия для оптимального ведения сельского хозяйства. При усилении интенсификации агротехнологий возникают повышенные требования к почвам. Наличие высокой внутрипольной неоднородности может не дать ожидаемого эффекта, в случае применения высокоинтенсивной агротехнологий. В данной главе представлен обзор технологии точного земледелия, без которой невозможно осуществить высокоинтенсивные агротехнологий. Информационно-техническая база, точного земледелия позволят учитывать внутрипольную неоднородность. Одним из основных инструментов данного учета является электронная карта урожайности. Рассмотрены геоинформационные системы, как необходимый инструмент для оценки внутрипольной почвенной неоднородности. Объекты и методы исследования

В 2005 г. проведено почвенное обследование опытных полей Меньков-ского филиала ГНУ АФИ Россельхозакадемии в масштабе 1:10000. Это обследование выполнено с использованием геоинформационных систем. Данные электронной геоинформационной почвенной карты земель сельскохозяйственного назначения филиала АФИ были уточнены по результатам дополнительного полевого обследования 2006-2007 гг. и создана карта элементарных почвенных ареалов М 1:2000 (рис. 1). Основной признак выделения почвенных ареалов - степень оглеенности (переувлажнения). В результате обследования обнаружено, что почвы развиты на двучленных породах, состоящих из водно-ледниковой супеси, подстилаемой супесчаной мореной. Коренными породами являются девонские пески. Встречается подстилание с девонским песком, который играет роль водоносного горизонта и водоупора.

Легенда

I Дсрпово-слаОюполтшсшс i Дсрновоч^абоползол истые I копта ктно-глсс ваше

I Дер| Юво-слабо! юл юл не гыс слабо!л ее ваше

Полигон № 1

Дср1 iouo-cjiuóoi куи

ШН^нш ^^^Н Дсрново-слабололзолнстис глссвыс

Почвообразующие породы

Iffii'n^ Воднолсндниковая супссь на морене

п»п..Гл.. iini Воднолслннконая супссь ни

полигон N23 [223 .врифмюоймор^нс

м м Водно-ледниковая супссь на осгиточно liil карбонатной морене

Рис. 1. Карта элементарных почвенных ареалов опытных полей Полевые исследования проведены в 2006 - 2008 гг. с районированным в Ленинградской области сортом яровой мягкой пшеницы "Ленинградская-97" (селекции ГНУ ЛНИИСХ Россельхозакадемии «Белогорка»). На рис. 1 представлена почвенная карта опытных полигонов: полигон № 1 площадью 15 га, полигон № 2 - 11,5 га, полигон № 3 - 8,4 га. Опытные полигоны разбивались на делянки, соответствующие изучаемым вариантам. Ширина делянки -18м. Расположение вариантов выбрано по длинному гону, с целью максимального перекрытия почвенных разностей. Площадь делянки зависела от геометрических параметров опытных полигонов № 1 - 3. Варианты разделялись защитной полосой 2 м (рис. 2).

Минеральные удобрения вносились следующим образом: в варианте № 2 (хозяйственная технология) и в варианте № 3 (высокоинтенсивная технология), удобрения вносились фоном. Различия этих вариантов в дозе вносимых удобрений и использовании средств химизации по защите растений.

В опыте изучались следующие уровни интенсификации (варианты):

1. «Контроль» (экстенсивная технология) - без удобрений;

2. «Хозяйственный» (нормальная технология);

3. «Высокоинтенсивный» (интенсивная технология);

4. «Точное земледелие» (высокоинтенсивная технология).

Рис. 2. Схема вариантов различных агротехнологий на полигоне № 2

В варианте № 4 (высокоинтенсивная технология) с использованием элементов точного земледелия, основное удобрение вносилось дифференцировано с учетом анализов почвенного обследования полей, а подкормка азотным удобрением - по результатам листовой диагностики растений. На основании этих данных, динамически определяется доза азотных удобрений. Соответствующий сигнал посылается от бортового компьютера в контроллер полевого опрыскивателя, который устанавливает нужную дозу. Внесение удобрений было проведено с помощью распределителя твердых минеральных удобрений Amazon ZA-M 1500 и опрыскивателя, оснащенных бортовым компьютером и GPS. В начале фазы кущения проводилась фоновая обработка гербицидом «Лентур», инсектицидом «Каратэ-Зенон», а так же регулятором роста «ССС».

Фенологические наблюдения и отбор растительных образцов проводились внутри каждого варианта опыта и выделенных почвенных разностей. Все наблюдения и отборы растений по изучению динамики всходов и густоты стеблестоя, роста и развития растений, учету урожайности зерна и его качества проведены на закрепленных учетных площадках размером 2x2 м2.

В период вегетации растений изучаемых культур учитывали начало и полное наступление фенофаз. В образцах растений, отобранных в фазу полной

спелости, определяли основные элементы структуры урожая. Учет урожая проведен сплошным методом комбайном CLASS.

Статистическую обработку полученных экспериментальных данных проводил^, используя пакеты программ «Stat» (М.: ВИУА, 1991).

Погодно-климатические условия в период проведения исследований существенно различались, что не могло не оказать влияния на уровень урожайности зерна яровой пшеницы. В 2006 г. погодно-климатические условия были близки к среднемноголетним. Из трех лет исследований наиболее благоприятным для выращивания яровой пшеницы оказался 2007 г. Вегетационный период 2008 г. отличался низкими температурами и значительным количеством осадков, особенно в фазу цветения. Выращивание сельскохозяйственных культур на полигоне АФИ осложняется недостатком тепла, возвратами холодов поздней весной, избыточным увлажнением отдельных участков и недостатком активной влаги в сухие периоды лета.

Получение и формирование электронной карты урожайности С развитием информационных технологий точного земледелия появилась возможность получать автоматически подробную информацию о продуктивности посевов, т.н. карты урожайности. Используя специальные датчики, установленные на уборочной технике, а также бортовые компьютеры и приемники GPS в процессе уборки, например, обмолачиваемых культур, мы можем получать карты с пространственно-распределенной урожайностью. Получение подобной информации является несомненным прорывом в области земледелия, так как наличие электронной карты урожайности позволяет характеризовать поле не одним числом - средней урожайностью поля, а большим числовым массивом - урожайностью отдельных участков. В этих условиях можно говорить о геостатистически распределенной урожайности на каждом конкретном поле и сравнивать между собой различные по продуктивности участки поля и поля между собой, опираясь не на мнимую гипотетическую среднюю урожайность, а на вполне конкретное варьирование урожайности по изучаемой территории агроландшафта.

Для учета урожайности зерна яровой пшеницы использовали зерновой комбайн CLAAS Dominator 130, оснащенный бортовым компьютером ACT, оптическими датчиками, специальным программным обеспечением AgroMap,

а также датчиками влажности и GPS - приемником. Перед уборкой в обязательном порядке, для достижения максимально точных замеров, необходимо откалибровать все датчики. Датчик скорости калибруется путем проезда (в режиме калибровки - устанавливается на компьютере) заранее, отмерянных 100 м. Датчик наклона калибруется на ровном, горизонтальном участке. Датчик элеватора калибруется при включенном пустом элеваторе в течение одной минуты. Также необходимо провести все стандартные настройки зернового комбайна - молотилки, жатки и т. д.

Самая важная калибровка - калибровка датчика урожайности. Для этого в режиме калибровки намолачивается один или два бункера зерна, выгружается в машину, взвешивается и полученное значение вводится в бортовой компьютер. Также нужно в течение рабочего дня измерять «натуру» зерна (г/л) и вводить ее значения в компьютер. Все это необходимо для достижения максимальной точности замеров урожайности. После проведения калибровки проводится уборка. Комбайн, двигаясь по полю, постоянно делает замеры урожайности и влажности каждые 5 секунд. В бортовой компьютер ACT комбайна поступают данные с датчиков урожайности и влажности. Компьютер записывает эти данные в файл выполняемого задания в соответствии с координатами, полученными от GPS-приёмника. В файле значение урожайности в точке замера будут иметь элементарные участки размером 4,5 м (расстояние, которое проходит комбайн за 5 сек) на 4,5 м (ширина жатки), в центре которого - соответствующие замеру координаты.

Следующим шагом для получения карты урожайности, является обработка полученных замеров на стационарном компьютере, в программном обеспечении AgroMap (рис. 3). Карта замеров урожайности представляет собой набор объектов квадратной или прямоугольной формы различных цветов, где цвет соответствует диапазону урожайности, указанному в выбранной для этого поля легенде. Каждый геометрический объект карты замеров имеет привязку к координатам - ширину и долготу, с точностью, которую позволяет получать GPS-приёмник комбайна. Используя панель инструментов Agromap, выбирается нужный режим и проводится обработка данных. После проведения обработки в панели инструментов выбирается режим построения карты урожайности.

'Пшениц' [1/1к|;

3,00 НИ 5,00 - 5,50 4,00 ИВ 5,50-6,00 4,50 ■черв, 6,00

5,00

Значения в>я|ые и, заказа:

Площадь: 20,7600 га

Среднее значение (Пшениц}; 5,21

т/га

ООш/ее количество (Пшениц):

108,152т

Среднее значение в зерна 20,50 %

К - контроль X - хозяйственный ВИ - высокоинтенсивный ТЗ - точное земледелие

Рис. 3. Электронная карта урожайности полигон № 2

Карта урожайности строится методом интерполяции и приводятся результаты измерений к стандартной влажности (14%) (рис. 4). Подготовленную таким образом электронную карту урожайности можно использовать для дальнейшей обработки по выделению урожайности по зонам внутрипольной почвенной неоднородности.

Рис. 4. Электронная карта урожайности полигона № 2

Методика выделения урожайности дифференцированно по зонам внутри-польной почвенной неоднородности

Данная методика базировалась на использовании программы Maplnfo 6.0. В первоначальном виде файл, который содержит электронные данные урожайности, влажности зерна, а также координаты, имеет расширение aft. В Программе Maplnfo файлы с данным расширением не могут быть использованы, поэтому необходима их предварительная обработка в программе Excel. При этом важно обратить внимание на данные о влажности зерна. При пересчете урожайности в программе Excel на стандартную влажность (14%), её значения могут сильно изменяться как в меньшую, так и в большую сторону. Обработанный файл уже с расширением exl используется для импорта карты урожайности в среду программы Maplnfo.

Следующий этап данной методики - выделение однородных участков. Путем взаимого наложения друг на друга электронных слоев карты структуры почвенного покрова и глубины залегания подстилания. В результате получаем карту с ареалами одной и той же почвой и глубиной залегания подстилания (рис. 5а). Такая карта служит основой для выборки данных урожайности. Электронный слой с данными об урожайности зерна яровой пшеницы накладывается на слой, карты СПП и глубины залегания подстилания. Затем графические объекты с информацией по величине урожайности выделяются внутри каждого однородного участка по вариантам опыта (технологии) (рис. 56) и сохраняются в отдельном электронном слое, что позволяет проводить дальнейший анализ урожайности по каждому выделенному контуру в пределах отдельно взятой технологии.

Обнаружив участки с низкой урожайностью, мы можем попытаться разобраться в причинах этого и учесть это в следующем году. Подобные карты открывают для исследовательских работ новые горизонты - можно теперь в специальном программном обеспечении (ГИС) накладывать пространственно-привязанные почвенные карты, карты агрохимического обследования, карты рельефа и многое другое.

Глубина залегания подстилающей породы

а) б)

Рис. 5. Карта структуры почвенного покрова: а) - глубины залегания подстилания б) - выделение элементарных участков карты урожайности внутри почвенного ареала.

Изучение особенностей почвенной внутрииольной неоднородности и ее влияния на урожайность яровой пшеницы при различной интенсификации технологий

Картографирование глубины залегания подстилающей породы

На территории исследуемых полей почвенный профиль характеризуется двучленностью пород. По данным разрезов верхний горизонт, образованный легкой супесью подстилается опесчаненным суглинком на глубинах от 30 до 90 см. Проведенная почвенная съемка позволила установить глубину залегания подстилающего горизонта в точках, где были сделаны разрезы. По мощности поверхностных отложений породы делятся: маломощные (<55 см), сред-немощные (55 - 80 см) и мощные (80 - 120 см) (Апарин, 1988). На основании этих данных в программном обеспечении системы поддержки принятия решений (СППР), разработанном в Агрофизическом НИИ, с помощью интерполяции получены тематические карты глубины залегания подстилающего горизонта опытных полигонов № 1 - 3 (рис. 6 - 8). Варьирование глубины залегания подстилающего горизонта встречалось в пределах от 35 см и до 100 см.

Рис. 6. Глубина залегания подстилающей породы на полигоне № 1 Территория с глубиной залегания 55 - 80 см занимает наибольшую площадь полигона - 11,7 га (79,6 %). Данная глубина подстилающего горизонта имеет наибольшее распространение на полигоне № 1 и является фоновой. В центре поля, в результате интерполяции, выделилась область с глубиной под-стилания <55 см. В пределах границ полигона выделяются водоразделы подземного рельефа, которые постилаются на 30 см от поверхности почвы. Площадь ареалов, где подстилание находиться близко от поверхности составляет -2,19 га (14,9). Незначительную часть поля занимает территория с глубиной подстилания >80 см - 0,8 га (5,4 %).

Карта пространственного распределения границы подстилающего горизонта полигона № 2 показала, что преобладающей глубиной залегания является 55 - 80 см - 11 ,7 га (84,9 %).

Рис. 7. Глубина залегания подстилающей породы на полигоне № 2

Участки полигона с глубиной залегания подстилающего горизонта <55 см и >80 см в совокупности составляют меньше 15 % от общей площади полигона.

Площадь глубины залегания подстилающей породы на полигоне № 3 с глубиной залегания подстилающей породы < 55 см составляет 1,4 га, (16 %), а при глубине 55 - 80 см - 6,5 га, (68 %). В меньшей степени на данном полигоне подстилающая порода залегает на глубинах >80 см - 0,5 га (6 %).

Рис. 8. Глубина залегания подстилающей породы на полигоне № 3 Влияние почвенной внутрипольной неоднородности и уровней интенсификации технологий на урожайность яровой пшеницы

В первый год исследований (2006 г.) отмечено достоверное влияние почвенной разности на урожайность зерна яровой пшеницы. Максимальная урожайность зерна получена на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Пдг)

35.4 ц/га, которая характеризуется большей степенью переувлажнения, минимальная - на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве (Пдкг) -

30.5 ц/га (табл. 1). Технология, независимо от почвенных условий произрастания растений изучаемой культуры, оказывала существенное влияние на урожайность зерна. Минимальная урожайность отмечена в контроле - 27,2 ц/га, а максимальная - в варианте «точное земледелие» - 43,2 ц/га. Следует отметить, что дифференцированное внесение удобрений в варианте «точное земледелие», независимо от типа почв и глубины залегания подстилающей породы

достоверно увеличивало урожайность зерна по сравнению с вариантом высокоинтенсивным на 28 %. Глубина залегания подстилающего горизонта оказывала достоверное влияние на формирование урожайности зерна яровой пшеницы.

Таблица 1. Урожайность зерна яровой пшеницы при различных агротехноло-гиях на фоне неоднородности почвенного покрова и различных глубин залегания подстилающей породы, ц/га (2006 г.)

Технология (фактор В) Почвенные разности (фактор А) Среднее (В) Среднее (АВ) Среднее (ВС)

Пдг Пд кг

Глубина Подстилающей породы, см (фактор С)

<55 55-80 <55 55-80 Пд г Пд кг <55 55-80

Контроль 29,2 29,1 25,9 24,7 27,2 29,2 25,3 27,5 26,9

Хозяйственный 28,6 30,3 29,2 23,2 27,8 29,4 26,2 28,9 26,8

Высокоинтенсивный 37,5 33,0 32,3 31,8 33,6 35,2 32,1 34,9 32,4

Точное земледелие 50,9 45,1 36,4 40,4 43,2 48,0 38,4 43,7 42,8

Среднее (А) 35,4 30,5 НСР05 (В)=1,5 НСР05 (АВ)=2,1 НСР05 (ВС)=2,1

Среднее (С) 33,7 31,8 - -

Среднее (АС) 36,5 34,4 31,0 30,1

Р% 3,2 НСР05 (А) =1,0 НСР(в (С) = 1,0 НСР05 (АС) = 1,5 НСР05 (АБС) = 4,5

Так, в вариантах при глубине залегания подстилания <55 см урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась и в среднем составила 33,7 ц/га. При этом различие в урожайности между уровнями глубины залегания превышает наименьшую существенную разность. Оценка уровня урожайности зерна яровой пшеницы под влиянием трех изучаемых в опыте факторов показала, что при возделывании яровой пшеницы по экстенсивной технологии в контроле на изучаемых почвенных разностях нет необходимости учитывать глубину залегания подстилающей породы, поскольку независимо от глубины её залегания, получены практически равные уровни урожайности зерна. Анализ взаимодействия факторов: почвенная разность и технологии показал, что урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась при всех технологиях возделывания на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Плг).

В варианте «хозяйственный» урожайность зерна яровой пшеницы на

дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почве с различной глубиной под-стилания и дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве с глубиной подстилания <55 см существенно не различается, поэтому данные почвенные разности можно объединить в одну категорию земель. При использовании высокоинтенсивной технологии по уровню урожая основной продукции могут быть объединены почвенные разности (Пяг) с глубиной подстилания 55 - 80 см и (Пдкг) с любой из рассматриваемых глубин залегания подстилания. При возделывании яровой пшеницы по интенсивной и высокоинтенсивной технологии, объединить рассматриваемые ареалы нельзя, поскольку в каждом из этих ареалов получены достоверно различные уровни урожайности.

В 2007 г. почвенные разности не оказали существенного влияния на урожайность зерна яровой пшеницы. В 2007 г. на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой разности (Пдсг), где отмечена максимальная урожайность зерна -43,3 ц/га по сравнению с остальными почвенными разностями (табл. 2).

Таблица 2. Урожайность зерна яровой пшеницы при различных агротехноло-гиях на фоне неоднородности почвенного покрова и различных глубин залегания подстилающей породы, ц/га (2007 г.)

Технология (фактор В) Почвенные разности (фактор А) Среднее (В)

Пдкг Пдсг ГҐг ПДГ

Глубина подстилающей породы, см (фактор С)

<55 55-80 <55 55-80 <55 55-80 <55 55-80

Контроль 34,5 34,4 29,4 43,0 29,8 42,2 34,4 41,9 36,2

Хозяйственный 36,0 45,4 31,4 43,2 40,7 38,4 37,8 37,4 38,8

Высокоинтенсивный 37,2 54,8 44,1 55,2 40,7 43,6 35,6 43,7 44,4

Точное земледелие 39,4 51,4 45,1 54,8 42,8 49,6 37,0 52,8 46,6

Среднее(А) НСРо,(А)= 1,1 41,6 43,3 41,0 40,1 НСР05 (В)=1,1

Среднее(С) НСР(15 С - 0,9 37,3 45,7 - - - -

Среднее (АС) НСР05 (АС) = 1,5 Р- 2,9% 36,8 46,5 37,5 49,0 38,5 43,5 36,2 43,9

Интенсификация технологий оказывала существенное влияние на урожайность яровой пшеницы. Так, максимальный урожай отмечен в варианте «точное земледелие» - 46,6 ц/га, минимальная урожайность получена в контроле - 36,2 ц/га. В вариантах с глубиной залегания подстилания 55 - 80см

урожайность достоверно увеличивалась по сравнению с глубиной подстилания < 55 см и составила 45,7 ц/га (табл. 2). Такое существенное влияние может быть связано с тем, что подстилающая порода образует водоупорный горизонт, который запасает влагу и в период вегетации влияет на её перераспределение в почве. В варианте точное земледелие урожайность зерна яровой пшеницы на дерново-слабоподзолистой глееватой разности достоверно превышала по сравнению с остальными почвенными разностями.

В контроле максимальная урожайность зерна яровой пшеницы получена на дерново-слабоподзолистой глеевой разности (ПДГ) - 38,2 ц/га (продолжение табл. 2), минимальная - на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой разности (Пдкг) — 34,5ц/га. На разностях дерново-слабоподзолистой слабоглее-ватой (Пасг) и дерново-слабоподзолистой глееватой (Пдг) различия в урожайности зерна несущественны. Из этого следует, что в контроле (без применения удобрений), урожайность увеличивалась вместе с увеличением степени огле-енности.

Продолжение табл. 2

Технология (фактор В) Среднее (АВ) Среднее (ВС)

Пд кг Пдсг Пд г ПДГ <55 55-80

Контроль 34,5 36,2 36,0 38,2 32,0 40,4

Хозяйственный 40,7 37,3 39,5 37,6 36,5 41,1

Высокоинтенсивный 46,0 49,7 42,1 39,6 39,4 49,3

Точное земледелие 45,4 50,0 46,2 44,9 41,1 52,1

НСР„5(АВ) = 1,5 НСР05(ВС) = 2,4

В варианте «хозяйственный», взаимодействие почвенных разностей и технологии, оказало существенное влияние в формировании урожайности зерна на (Пдкг) разности, где отмечена максимальная урожайность в данном варианте - 40,7ц/га. На почвенных разностях (Пдсг) и (ПДГ) взаимодействие факторов: почвенный ареал и технология не оказало достоверного влияния на формирование урожайности зерна и на данных почвенных разностях, не зависимо от глубины залегания подстилания, получен практически равный уровень урожайности зерна яровой пшеницы.

На дерново-слабоподзолистой слабоглееватой разности (Пдсг) в вариантах «высокоинтенсивный» и «точное земледелие», выявлено достоверное увеличение урожайности зерна яровой пшеницы по сравнению с остальными почвенными разностями (табл. 3.2 продолжение). Следует отметить, что в варианте «точное земледелие» нет существенных различий по величине урожайности зерна на почвенных разностях (Пдкг) и (Пдг), (Плкг) и (ПДГ). Достоверное увеличение урожайности на (ПЛГ) разности в варианте «точное земледелие» по сравнению с вариантом «высокоинтенсивный», произошло благодаря улучшению условиям питания, и, следовательно, повышению устойчивости к неблагоприятным условиям (Трубников, 2009). Таким образом, при возделывании яровой пшеницы по высокоинтенсивной технологии, почвенные ареалы с данными разностями могут быть объединены в одну категорию земель.

Взаимодействие факторов: технология и глубина залегания подстилающей породы оказывало существенное влияние на урожайность зерна яровой пшеницы. При возделывании яровой пшеницы во всех вариантах, независимо от почвенного ареала, максимальная урожайность отмечена при глубине под-стилания на 55 - 80 см. Так, в варианте «точное земледелие» урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась на данной глубине, в отличие от глубины залегания <55 см на 11,0 ц/га или 22,4%. Анализ взаимодействия факторов: почва и глубина залегания подстилающего слоя показал, что на всех почвенных ареалах урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась на отметке 55-80 см (табл. 2) по сравнению с глубиной подстилания <55 см. Максимальная урожайность получена на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почве (Пдсг) с глубиной подстилания 55 - 80 см - 49,0 ц/га. Минимальная урожайность отмечена на дерново-слабоподзолистой глеевой почве при глубине подстилания <55 см - 36,2 ц/га.

В 2008 г. на дерново-слабоподзолистой глееватой разности (Пдг) урожайность яровой пшеницы - 18,6 ц/га достоверно превышала урожайность, полученную на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой (Пдсг) - 16,8 ц/га (табл. 3). Интенсификация технологий достоверно повышала урожайность зерна яровой пшеницы. Так, максимальная урожайность отмечена в варианте точное земледелие - 27,1 ц/га, минимальная в контроле - 10,7 ц/га. При взаимодействии факторов: технология и почвенный ареал в варианте «точное земле-

делие» урожайность зерна яровой пшеницы не имела достоверных различий. В остальных вариантах урожайность достоверно увеличивалась и на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Пдг) по сравнению с (Плсг).

При возделывании пшеницы по технологии «точного земледелия», независимо от глубины подстилания урожайность не имела достоверных различий, следовательно, данные почвенные разности можно объединять в одну категорию земель. При остальных технологиях на почвенных разностях урожайность зерна пшеницы достоверно различалась, поэтому объединять почвы в одну категорию земель нельзя. Независимо от почвенной разности, в вариантах «точного земледелия» и контроле объединение в одну категорию земель по глубине залегания подстилания не может быть произведено, поскольку урожайность на изучаемых глубинах подстилания существенно различалась.

Таблица 3. Урожайность зерна яровой пшеницы при различных агротехноло-гиях на фоне неоднородности почвенного покрова и различных глубин залегания подстилающей породы, ц/га (2008 г.)

Технология (фактор В) Почвенные разности (фактор А) Среднее (В) Среднее (АВ) Среднее (ВС)

Пд сг | Пд г

Глубина залегания подстилающей породы (фактор С), см

<55 55-80 <55 55-80 Пдсг П\ <55 55-80

Контроль 10,1 9,8 13,0 9,8 10,7 9,9 11,4 11,5 9,8

Высокоинтенсивный 12,3 15,5 18,0 15,5 15,4 13,9 16,8 15,2 15,5

Точное земледелие 24,4 28,7 26,5 28,7 27,1 26,6 27,6 25,4 28,7

Среднее(А) 16,8 18,6 HCPos (В)=1,5 HCPos (АВ)=1,1 HCPos (ВС)=1,1

Среднее(С) 17,4 18,4 - - -

Среднее (АС) 15,6 18,0 19,2 18,0

HCPos (ABC) - 1,6 - - - - -

Р- 3,2 % HCPos (А) =0,8 HCPos (С) = 0,6 HCPos (АС) = 0,9 HCPos (ABC) = 0,3

Влияние внутрипольной почвенной неоднородности на биомассу растений

яровой пшеницы и структуру урожая

Во все годы исследований, независимо от почвенной разности, интенсификация технологий приводила к увеличению общего количество растений на единице площади. Количество продуктивных стеблей достоверно возрастало вместе с усилением интенсификации лишь в один год (2008 г.) и максимальное

их количество отмечено в варианте «точное земледелие». Независимо от уровня интенсификации в 2006 г. достоверное увеличение общего количества растений и количества продуктивных стеблей отмечено на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Пдг). В 2007 г. влияние почвенных разностей на общее количество растений отсутствовало. Количество продуктивных стеблей достоверно увеличивалось на дерново-слабоподзолистой глеевой почве (ПДГ), в отличие от дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой (Пдкг). В 2008 г. общее количество растений и продуктивных стеблей достоверно увеличивалось на дерново-слабоподзолистой глееватой почве по сравнению с дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почвой.

Независимо от почвенного фактора каких-либо зависимостей массы зерна с одного колоса с усилением уровня интенсификации технологий не отмечено. В 2006 и 2007 гг. максимальная масса зерна с одного колоса отмечена на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве (Пякг). В 2008 г. достоверное увеличение массы зерна с одного колоса выявлено на дерново-слабоподзолистой глееватой почве (Пдг) по сравнению с дерново-слабоподзолистой слабоглееватой почвой. Масса 1000 зерен в 2006 г. независимо от почвенного фактора достоверно увеличивалась с повышением уровня интенсификации, однако отсутствуют достоверные различия между вариантами «контроль» - «хозяйственный» и «высокоинтенсивный» - «точное земледелие». Почвенные разности не оказывали достоверного влияния на массу 1000 зерен. В 2007 и 2008 гг. интенсификация технологий достоверно увеличивала массу 1000 зерен лишь в варианте «высокоинтенсивный» по сравнению с другими вариантами. В эти годы выявлено достоверное увеличение массы 1000 зерен на почвах, имеющих наибольшее увлажнение (Пдг и ПДГ).

Во все годы исследований и все фазы вегетации независимо от почвенного фактора интенсификация технологий достоверно увеличивала накопление сухой биомассы растений. Влияние почвенных разностей на динамику накопления биомассы растений по фазам вегетации было различным, что, вероятно, связано с режимом увлажнения в период вегетации, вследствие неравномерного выпадения осадков.

В 2006 г. натура зерна яровой пшеницы независимо от почвенного фактора достоверно увеличивалась с повышением степени интенсификации тех-

нологий. На дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой почве отмечено достоверное увеличение натуры зерна по сравнению с другими почвенными разностями. В 2007 г. усиление интенсификации технологий не оказывало достоверного влияния на натуру зерна яровой пшеницы. Максимальная натура отмечена на дерново-слабоподзолистой глеевой почве (ПДГ), а минимальная -на дерново-слабоподзолистой контактно-глееватой (Пд кг). В 2008 г. влияние почвенного фактора и усиление уровня интенсификации технологий на натуру зерна отсутствовала.

Экономическая эффективность агротехнологий В современных условиях ведения с.-х. производства значительный практический интерес представляет освоение ресурсосберегающих агротехнологий, обеспечивающих высокий экономический эффект за счет повышения окупаемости средств химизации урожаем сельскохозяйственных культур, экономии энергетических и трудовых ресурсов (Коваленко Н.Я, 2004). Оценка экономической эффективности различных технологий возделывания яровой пшеницы показала, что технология «точное земледелие» позволяет существенно снизить прямые затраты и затраты на производство 1 т продукции (табл. 4).

Таблица 4. Экономические показатели при различных технологиях внесения

удобрений (2006-2008 гг.)

Показатели Высокоинтенсивный Точное земледелие +/-

Прямые затраты, руб./га 16882,21 16202,56 -679,65

Прямые затраты на 1 т продукции, руб. 5773,95 3769,62 -2004,33

Стоимость прибавки, руб. 7233,33 12500,00 5266,67

Стоимость валовой продукции руб./т 24483,33 25391,64 908,31

Чистый доход от агротехнологии, руб./га 7601,13 13864,10 6262,98

Рентабельность, % 105,08 110,91 5,83

Стоимость валовой продукции в варианте «точное земледелие» по сравнению с вариантом «высокоинтенсивный» увеличилась на 908,31 руб./т, а чистый доход от дифференцированного применения удобрений составил 6262,98 руб./га.

Выводы

1. Информационно-технические возможности ГИС-технологий могут служить инструментально-методической основой для построения электронных тематических карт сельскохозяйственных угодий по глубине залегания подстилающей породы и другим атрибутивным параметрам почв и последующей оценки влияния пространственной неоднородности структуры почвенного покрова и глубины залегания подстилающей породы на урожайность сельскохозяйственных культур.

2. Электронная почвенная карта может являться информационной базой, достаточной для изучения и оценки влияния неоднородности почвенного покрова и уровня интенсификации технологий на урожайность зерна яровой пшеницы.

3. На основе разработанной методики определения суммарной урожайности дифференцированно по зонам почвенной неоднородности с использованием соответствующих тематических карт (электронных слоев) и электронными картами урожайности выявлено, что структура почвенного покрова оказывает достоверное влияние на урожайность зерна яровой пшеницы. В год с нормальным увлажнением в период вегетации это влияние проявляется более контрастно, а в годы с избыточным и недостаточным увлажнением влияние структуры почвенного покрова на урожайность зерна проявляется в меньшей степени.

4. Глубина залегания подстилающей породы оказывала достоверное влияние на урожайность зерна яровой пшеницы. Независимо от почвенной разности и технологии применения удобрений, в год с недостаточным увлажнением в период вегетации урожайность зерна яровой пшеницы достоверно увеличивалась на почвенных разностях с повышенной глубиной залегания подстилающей породы (55 ... 80 см).

5. Во все годы исследований на фоне внутрипольной почвенной неоднородности технология «точного земледелия» существенно увеличивала урожайность зерна яровой пшеницы по сравнению с остальными вариантами тех-

нологий.

6. Уровень интенсификации технологий, независимо от внутрипольной почвенной неоднородности, увеличивает накопление сухой биомассы растений яровой пшеницы по фазам вегетации во все годы проведения исследований. Максимальное накопление сухой биомассы растений во все фазы вегетации, независимо от уровня интенсификации технологий, отмечено в два года (2006 и 2008 гг.) из трех лет на дерново-слабоподзолистой глееватой разности (Пдг) и в 2007 г. на дерново-слабоподзолистой слабоглееватой разности (Плсг).

7. Технология применения удобрений, независимо от внутрипольной почвенной неоднородности, увеличивала общее количество растений и количество продуктивных стеблей. Независимо от уровня интенсификации технологий максимальное общее количество растений и количество продуктивных стеблей во все годы проведения исследований отмечено на дерново-слабоподзолистой глееватой разности (Пдг).

Предложения производству

1. Для получения высоких и экономически оправданных урожаев зерна яровой пшеницы при возделывании ее на дерново-подзолистых почвах разного генезиса, рекомендуется внесение удобрений на основе использования приемов «точного земледелия».

2. Оптимизация использования средств химизации в системе «точного земледелия» обеспечивает получение не только высоких урожаев зерна яровой пшеницы, но и повышает качество зерна (массу 1000, натуру и др.).

Список публикаций

1. Владыкина О.И. (Якушева О.И.) Раздел 4.6. Использование ГИС-технологий при почвенно-ландшафтном картографировании земель и обобщение материалов. Под ред. Кирюшин В. И., Иванов A. JL и др. Агроэколо-гическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: Метод. Руководство. - М.: ФГНУ Росинфор-магротех, 2005. - 784 с.

2. Воропаев В.В., Лекомцев П.В., Якушева О.И. Управление продуктивностью и качеством зерна яровой пшеницы на фоне почвенной неоднородности // Методическое и экспериментальное обеспечение адаптивно-ландшафтных систем земледелия. - СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН. - 2007- 264 с.

3. Иванов А.И.; Конашенков A.A.; Якушева О.И.; Федькин И.А. К вопросу о выявлении пространственной неоднородности пахотных дерново-подзолистых почв // Гумус и почвообразование - СПбГАУ- 2010,- С. 61 - 65

4. Иванов А.И., Цыганова H.A., Лекомцев П.В., Якушева О.И., Уткузова A.M. Агроэкономическая эффективность точных систем удобрения в зерно-пропашном звене севооборота // Гумус и почвообразование,- СПбГАУ-2010,-С. 68-73.

5. Иванов А.И., Хомяков Ю.В., Якушева О.И., Федькин И.А. Совершенствование методов отбора почвенных образцов для выявления неоднородности дерново-подзолистых почв // Материалы координационного совещания Агрофизического института. Спб.: АФИ, 2010 - С. 127 - 131.

6. Якушева О.И. Эффективность агротехнологий на фоне неоднородности почвенного покрова// Материалы 45-й Международной научной конференции молодых ученых и специалистов «Применение средств химизации для повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур» (21 апреля 2011 г.). М.: ГНУ ВНИИА им. Прянишникова, 2011. С. 220 - 222.

7. Якушев В.В., Конев A.B., Матвеенко Д.А., Якушева О.И. Прецизионные эксперименты в информационном обеспечении систем земледелия. Вестник РАСХН, 2011.-№3. С. 11 - 13.

8. Якушева О.И. Влияние неоднородности почвенного покрова на урожайность яровой пшеницы // Изв. С.-Петерб. гос. аграр. ун-та, 2011- № 24-С. 67-71.

9. Михайленко И.М., Тимошин В.Н., Якушева О.И. Пространственная неоднородность состояния посевов как фактор рисков потерь урожая // Вестник РАСХН, 2011 .-И 6.- С. 6 - 8.

10. Якушева О.И. Влияние внтрипольной почвенной неоднородности и степени интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы // Материалы научной сессии по итогам 2012 г. Агрофизического института. Санкт-Петербург (2-3 апреля 2013 г.). — СПб.: АФИ, 2013,- 156 с.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Якушева, Ольга Игоревна, Санкт-Петербург

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ АГРОФИЗИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ Российской академии сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

Якушева Ольга Игоревна

Влияние внутрипольиой почвенной неоднородности и уровня интенсификации агрогехнологий на урожайность

яровой пшеницы

со

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Специальность 06.01.03 - агрофизика

ю см

со ^

^ О Научный руководитель

■ доктор технических наук

^^ ^ Михайленко И.М.

см °

Санкт-Петербург -2013

Оглавление

Введение.......................................................................................................................5

Глава 1. Современные представления о роли внутрипольной почвенной неоднородности и дифференциации агротехнологий в адаптивно-ландшафтной

системе земледелия...................................................................................................10

1.1 Адаптивно-ландшафтный подход - новый этап в развитии современного земледелия..............................................................................................................10

1.1.1. Этапы развития земледелия..................................................................10

1.1.2. Понятия о адаптивно-ландшафтной системе земледелия (АЛСЗ).........13

1.1.3. Агроэкологические условия возделывания сельскохозяйственных культур и роль их оценки в проектировании АЛСЗ..................................14

1.2. Агроэкологическая оценка почв и выбор агротехнологий..................19

1.2.1. Неоднородность почвенного покрова и ее оценка для ведения земледелия......................................................................................................19

1.2.2. Оптимизация фактора интенсивности агротехнологий в условиях неоднородности почвенного покрова.........................................................26

1.3. Точное земледелие как инструмент информационного обеспечения реализации дифференцированных агротехнологий и оценки эффективности их интенсификации...............................................................................................30

1.3.1. Основные понятия и возможности точного земледелия...................30

1.3.2. Подсистемы точного земледелия.........................................................32

1.3.2.1. Навигационная подсистема.............................................................32

1.3.2.2. Технические средства для получения и обработки информации.........33

1.3.2.3. Технические средства для реализации технологии в полевых условиях.........................................................................................................35

1.3.3. Гис - как основа для разработки системы точного земледелия........36

Глава 2. Объекты и методы исследования..............................................................39

Общие сведения о хозяйстве....................................................................................39

2.1 Природно-климатические условия хозяйства..............................................39

2.1.1. Особенности геоморфологии................................................................39

2.2.2. Характеристика литологии...................................................................44

2.2.3. Особенности почвенного покрова........................................................45

2.2.4. Агрохимическая характеристика опытных полей..............................49

2.2.5. Агроклиматические условия.................................................................51

2.2.5. Биологические особенности яровой пшеницы...................................53

2.2. Методика и специфика применения информационных технологий точного земледелия в исследованиях..................................................................57

2.2.1. Методика проведения полевых исследований....................................57

2.2.2. Выделение урожайности дифференцированно по зонам внутриполевой почвенной неоднородности с использованием электронной карты урожайности.................................................................60

2.2.2.1. Получение и формирование электронной карты урожайности и процесс последующей обработки................................................................61

2.2.2.2. Методика выделения урожайности дифференцированно по зонам..........65

Глава 3. Изучение особенностей почвенной внутрипольной неоднородности и ее влияния на урожайность яровой пшеницы при различной интенсификации технологий..................................................................................................................69

3.1. Электронное картографирование микрорельефа и глубины подстилающей породы в исследовании особенностей почвенной внутрипочвенной неоднородности......................................................................69

3.1.1. Картографирование микрорельефа......................................................69

3.1.2. Картографирование и оценка глубины залегания подстилающей породы по картосхемам................................................................................71

3.2. Влияние почвенной внутриполевой неоднородности и уровней интенсификации технологий на урожайность яровой пшеницы.....................76

3.2.1. Методические аспекты..........................................................................76

3.2.2. Результаты и обсуждение......................................................................77

3.3. Перспективы изучения роли внутрипольной почвенной неоднородности

с приемами методологии точного земледелия...................................................88

Глава 4. Влияние внутрипольной почвенной неоднородности на структуру

урожая яровой пшеницы...........................................................................................92

4.1. Изменение показателей структуры урожая.................................................92

4.2. Динамика накопления биомассы изучаемой культуры по фазам развития................................................................................................................97

4.3. Изменение массы 1000 зерен и натуры зерна яровой пшеницы.............100

4.4. Изменение натуры и стекловидности зерна яровой пшеницы................102

4.5. Экономическая эффективность агротехнологий различной интенсификации..................................................................................................105

Выводы.....................................................................................................................110

Список литературы..................................................................................................112

ПРИЛОЖЕНИЕ.......................................................................................................126

Введение

Наиболее распространенной и ценной зерновой культурой на земном шаре является пшеница. Зерно имеет первостепенное значение в обеспечении питанием всё увеличивающегося населения планеты и содержит основные элементы, необходимые для жизнедеятельности человека [38, 89]. Получение высоких урожаев пшеницы связано со многими факторами. Основные экологические факторы, определяющие продуктивность растений - почвенно-климатические условия. Климатические показатели: количество осадков и температурного режима могут проявляться на обширных территориях, в отличие от уровня почвенного плодородия, которое может варьировать на небольшом участке поля [85]. Такая внутрипольная почвенная неоднородность определяет варьирование урожайности на отдельно взятом поле. Особенно это относится территории Северо-Западного региона РФ, где проявляется высокая неоднородность структуры почвенного покрова. К настоящему времени она сформировалась под действием процессов выветривания, почвообразования, прогрессирующего расчленения территории, антропогенного воздействия. Данные процессы происходили на фоне избыточного увлажнения территории, что привело к дифференциации почвенного покрова по степени увлажнения, широкому участию в почвенных комбинациях гидроморфных и полугидроморфных компонентов [6].

В современных условиях ведения сельскохозяйственного производства возникает необходимость увеличения интенсификации агротехнологий, т.е. повышение их производительности с помощью достижений научно-технического прогресса. Процесс интенсификации направлен на обеспечение дальнейшего экономического роста главным образом путем улучшения эффективности использования ресурсов [20].

Появившееся в начале 90-х годов XX века «точное земледелие», является основной частью высокоинтенсивных технологий. Увеличение интенсификации повышает требования к условиям возделывания культур и выполнению аг-ротехнологических операций [51]. Тем самым, исключая сельскохозяйственное

использование полей, на которых присутствует высокая внутрипольная почвенная неоднородность. Научно-технические возможности системы точного земледелия позволяют учитывать неоднородность и дифференцированно воздействовать на неё. Исследования по изучению влияния внутрипольной неоднородности на урожайность сельскохозяйственных культур приобретают особенное значение, т.к. результаты могут показать эффективность использования высокоинтенсивных агротехнологий в условиях неоднородности.

Решение этой проблемы связано с необходимостью разработки новых агротехнических методов, повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и комплексного обследования факторов их высокоэффективного применения в конкретных почвенно-агрохимических условиях.

С развитием геоинформационных систем (ГИС) и системы глобального позиционирования появился новый вид агротехнологий: «точное земледелие», который рассматривает поле как неоднородное и позволяет дифференцированно проводить агротехнические операции. Методы анализа неоднородности почвенного покрова постоянно совершенствуются, особенно с развитием сенсорных технологий, обеспечивающих снижение затрат на проведение анализа, повышение производительности и скорости обработки исходных данных, а также точности и достоверности результатов.

- провести анализ существующих подходов и методов изучения природы

почвенной неоднородности, её влияния и влияния уровней интенсивности агро-технологий на процесс формирования урожайности;

- разработать методику определения суммарной урожайности дифференцированно по зонам внутрипольной почвенной неоднородности с использованием соответствующих тематических карт (электронных слоев) и электронной карты урожайности;

- провести экономическую оценку технологий различного уровня интенсификации.

Научная новизна. Впервые на Северо-западе России проведена оценка влияния почвенной неоднородности, глубины залегания подстилающей породы и интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы. Разработана методика использования данных электронной карты урожайности для проведения оценки внутрипольной почвенной неоднородности.

Практическая значимость. В результате проведенных исследований показано, что возделывание яровой пшеницы по высокоинтенсивной агротехнологий с элементами точного земледелия, несмотря на наличие высокой внутрипольной неоднородности, существенно увеличивало урожайность. Дифференцированное внесение удобрений, также позволяет сократить их расход на 25 ... 30%. Разработанная методика применения электронной карты урожайности для оценки влияния внутрипольной неоднородности может быть использована для закладки опытов в хозяйствах и для проектирования адаптивно-ландшафтных

систем земледелия.

Положения, выносимые на защиту:

3. Компьютерная технология определения величины интегрированной урожайности зерновых культур дифференцированно по почвенным ареалам на основе использования карты урожайности и тематических карт, характеризующих внутрипольное пространственное распределение почвенной неоднородности.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. В первой главе дан обзор о роли внутрипольной почвенной неоднородности и ее влияния на урожайность сельскохозяйственных культур. Рассмотрены различные методы учета внутрипольной почвенной неоднородности для проектирования различных агротехнологий в системе адаптивно-ландшафтного земледелия.

Во второй главе описаны объекты и методы исследований, подробно рассмотрена схема опыта и методика учета влияния внутриполевой неоднородности на урожайность зерна яровой пшеницы с помощью информационно-технического обеспечения системы точного земледелия.

В третьей главе представлены результаты оценки влияния внутрипольной почвенной неоднородности на урожайность зерна яровой пшеницы при агро-технологиях различного уровня интенсификации. Показаны перспективы использования технологии точного земледелия в методике полевых исследований. Исследована потенциальная эффективность применения технологии точного земледелия в условиях почвенной неоднородности.

В четвертой главе представлены результаты влияния внутриполевой почвенной неоднородности на структуру урожая яровой пшеницы. Проведена эко-

номическая оценка эффективности агротехнологий различного уровня интенсификации.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность за помощь и поддержку в работе коллективу Агрофизического НИИ, а также Почвенного НИИ им. Докучаева.

Глава 1. Современные представления о роли внутрипольной почвенной неоднородности и дифференциации агротехнологий в адаптивно-ландшафтной системе земледелия

1.1 Адаптивно-ландшафтный подход - новый этап в развитии современного земледелия

1.1.1. Этапы развития земледелия Население нашей планеты сильно увеличилось и продолжает расти быстрыми темпами. Для обеспечения продовольствием каждого человека необходимо развивать сельское хозяйство с высокой степенью продуктивности и низкими экологическими рисками. Люди научились возделывать сельскохозяйственные культуры в различных природно-климатических зонах. Первые упоминания об агрономии относятся к 777 г. до н. э. в поэме Гезиодота из Древней Греции «Труды и дни». Становление агрономической науки в России связано с именем М.В. Ломоносова (1711-1765). В своих трудах он осветил понятия о природе и сельском хозяйстве [45].

Большое влияние на расширение знаний по земледелию оказали труды А.Т. Болотова «Об удобрении полей». В Западной Европе в конце 18 века, Тэер (1758-1828) выступил с теорией гумусового питания, а Либих предложил теорию минерального питания растений и сформулировал закон возврата, имеющий основополагающее значение в земледелии [51].

Великий русский ученый Д.И. Менделеев особое внимание уделял вопросам правильного питания растений и повышения урожайности сельскохозяйственных культур за счет увеличения применения минеральных удобрений. Он настойчиво пропагандировал идею интенсификации земледелия на основе химизации и оснащения новой техникой [45].

Во второй половине XIX века выдающиеся русские ученые В.В. Докучаев и П.А. Костычев положили начало новой агрономической науке - почвоведению. И. А. Стебут внес крупный вклад в развитие теории и практики дифференцированной агротехники и организации сельского хозяйства с учетом местных почвенно-климатических и экономических условий. Он считал, что для за-

сушливых районов нужны иные системы земледелия, чем для районов достаточного увлажнения [46].

Площадь нашей страны 17 млн. км2, а в тот период когда был СССР она была еще больше - 22,3 млн. км . На такой огромной территории размещается несколько крупных природных зон, резко отличающихся друг от друга климатом, почвами, растительным покровом, рельефом и другими показателями. Такое разнообразие и сложность природных условий, требовала в период СССР грамотного дифференцированного подхода со стороны руководителей и специалистов при размещении производства сельскохозяйственной продукции, определенной структуры посевов и технологий выращивания сельскохозяйственных культур. Система земледелия на тот момент выражалась в зональном подходе хозяйствования. Зональная система земледелия - это система, все звенья которой тщательно учитывают и наиболее полно реализуют местные почвенно-климатические и материально-технические ресурсы. Несмотря на правил�

Информация о работе

Якушева, Ольга Игоревна
кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург, 2013
ВАК 06.01.03

Диссертация

Влияние внутрипольной почвенной неоднородности и уровня интенсификации агротехнологий на урожайность яровой пшеницы - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы