Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству

юпин в земледелии юга Центрального региона России: влияние на агрохимические свойства серой лесной почвы и продуктивность севооборотов

Автореферат докторской диссертации по сельскому хозяйству

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
 Страницы: | 1 | 2 | 3 |
 

ЯГОВЕНКО Герман Леонидович

ЮПИН В ЗЕМЛЕДЕЛИИ ЮГА ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГИОНА РОССИИ:

ВЛИЯНИЕ НА АГРОХМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ

ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТОВ

Специальность: 06.01.04 - Агрохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Брянск 2011

Работа выполнена в 1988 - 2003 годах во ВНИИ люпина и ФГОУ ВПО Брянская государственная сельскохозяйственная академия.

Научный консультант:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Белоус Николай Максимович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Малявко Галина Петровна

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Дышко Виталий Николаевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Степанова Лидия Павловна

Ведущая организация - Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова

Защита состоится л21 октября 2011 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.005.01 при ФГОУ ВПО Брянская государственная сельскохозяйственная академия по адресу: 243365 Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, с ул. Советская 2а, корпус 4, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан л___ __________а 2011 г. и размещен на сайте ВАК

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор с.-х. наук, профессор

А.В. Дронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сельскохозяйственное производство должно обеспечивать сохранение и улучшение плодородия почвы, стабильность и надежность функционирования агроэкосистемы, конкурентоспособность земледелия и охрану окружающей среды. Однако в связи со значительным сокращением объемов внесения органических и минеральных удобрений, в условиях остро дефицитного баланса элементов питания в системах удобрения, важнейшая функция земледелия - сохранение плодородия почвы - перестала выполняться. В исследованиях последних лет отмечается повсеместная устойчивая тенденция к деградации плодородия и ухудшению экологических показателей агроэкосистем, что сопровождается снижением продуктивности пашни (Ефимов В.Н. и др., 2001; Лыков А.М. и др., 2001; Никитишен В.И., 2002).

В настоящее время признана необходимость всемерной биологизации сельскохозяйственного производства и восстановления плодородия почвы с помощью возобновляемых ресурсов. Стабилизирующим звеном в биологизации земледелия являются бобовые культуры, в том числе люпин.

Люпин в севооборотах занимает особое место, так как имеет самый экологически чистый и энергосберегающий механизм накопления азота за счет симбиоза с клубеньковыми бактериями (Rhizobium lupine). Благодаря работе этой системы люпин усваивает за вегетацию от 150 до 300 кг/га азота воздуха (N2) и превращает его в аммиачный азот, доступный для растений (Алексеев Е.К., 1959; Саввичев К.И., 1961). Это позволяет сократить дефицит азота, свойственный почвам Нечерноземной зоны РФ.

Это ценное свойство сочетается с другим, не менее ценным, - обогащением почвы органическим веществом от обильной биомассы и растительных остатков люпина. При запашке на сидерацию в почву поступает 7-10 т/га сухой биомассы, содержащей до 400-500 кг элементов питания. С пожнивно-корневыми остатками в почве остается около 50% от того количества, который формируется с урожаем люпина (Новиков М.Н., 1997; Анисимова Т.Ю., 2002). Обогащение почвы легкоразлагаемым органическим веществом с узким соотношением С:N активизирует жизнедеятельность почвенной микробиоты и улучшает ее качественный состав (Возняковская Ю.М. и др., 1991).

С самого начала исследований по люпину большая часть работ выполнялась на подзолистых и дерново-подзолистых почвах (Прянишников Д.Н., Алексеев Е.К., Стрелков И.Г., Духанин А.А. и др.). На серых лесных почвах, особенно в разрезе севооборотов, таких работ недостаточно.

Установление основных закономерностей в характере изменения плодородия серой лесной почвы в условиях дефицита в системе удобрения органического вещества и элементов питания, значение люпина как агента биологического восстановления круговорота основных биогенных элементов в полевых севооборотах, а также обоснование роли люпина в повышении продуктивности и энергосбережения в агроэкосистемах является актуальной задачей экологически ориентированного земледелия.

Исследования по изучению люпина, имеющего многоуровневый тип использования, для выяснения таких вопросов, как параметры пролонгированного действия в севообороте, степень влияния на плодородие почвы, продуктивность севооборотов и культур, возделываемых в них, энергетический потенциал почвы и растений важны как с теоретических позиций, так и в практическом плане.

Цель исследований: выявление адаптивного потенциала люпина при возделывании на серых лесных почвах в севооборотах с неодинаковой долей его в структуре и различных способах использования, определение параметров и направленности процессов трансформации органического углерода и питательных веществ в пахотном слое, влияние на балансы гумуса и элементов питания, продуктивность севооборотов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

? определение объемов накопления сырой и сухой биомассы желтым и узколистным люпином в сидеральном и занятом парах, соломы и стерне-корневых остатков обоих видов при возделывании на семена;

? определение химического вещества надземной и подземной частей растений люпина, накопление элементов питания в удобрительной и товарной частях урожая;

? скорость разложения в серой лесной почве биомассы и пожнивно-корневых остатков люпина;

? изучение состояния плодородия пахотного слоя и трансформационные изменения в гумусе, баланса органического вещества и энергетического потенциала почвы;

? направленность изменений, происходящих в азотном, фосфорном, калийном режимах почвы, параметрах кислотно-основных свойств в севооборотах с люпином различного использования;

? определение размеров выноса и баланса элементов питания;

? изучение сравнительной эффективности севооборотов с сидеральным и занятым паром, зерновых с долей люпина 20-50% по продуктивности и урожайности, качеству и химическому составу культур;

? оценка экономической и энергетической эффективности возделывания люпина в звеньях севооборотов с сидеральным и занятым паром и люпином на семена.

Научная новизна. Впервые на серых лесных почвах юга Центральной России в длительном стационарном опыте проведено всестороннее изучение влияния люпина, возделываемого в севообороте на сидерацию, семена и зеленый корм, на продуктивность севооборотов, воспроизводство плодородия почвы и энергосбережение.

Впервые установлена направленность трансформационных процессов, происходящих в гумусе, азотном, фосфорном и калийном фондах, в кислотно-основных свойствах ППК и обосновано воздействие люпина при различных способах применения на плодородие серой лесной почвы.

Впервые показано, что сидерация, при постоянном повторении приема в рамках севооборота, способна обеспечить расширенное воспроизводство плодородия почвы, что доказано не только балансом органического вещества, но и параметрами энергетического потенциала почвы.

Доказано, что люпин на сидерацию, улучшая составляющие продукционного процесса, обеспечивает получение высокого урожая с хорошим качеством зерна последующей культуры - озимой пшеницы. Биологический азот люпина способствует ограничению доз азота для последующей культуры, а для люпина - полного его исключения.

Впервые комплексно оценена экономическая и биоэнергетическая составляющая севооборотов с люпином на семена, сидерацию и зеленый корм, установлены энерго- и ресурсосберегающие компоненты сидерации и семенного выращивания люпина.

Защищаемые положения:

1. Особенности накопления биомассы и элементов питания желтым и узколистным люпинами при выращивании на сидерацию, зеленый корм и семена;

2. Скорость минерализации биомассы и пожнивно-корневых остатков узколистного люпина в серой лесной почве;

3. Различия во влиянии сидерации и пожнивно-корневых остатков люпина на параметры плодородия пахотного слоя серой лесной почвы: содержание и качество гумуса, азотный, фосфорный и калийный режимы, кислотно-основные свойства.

4. Продуктивность севооборотов и урожайность культур в них в зависимости от количества и качества растительных остатков люпина;

5. Химический состав и качество урожая культур севооборота.

6. Балансы гумуса и основных элементов питания.

7. Биоэнергетическая и экономическая оценка севооборотов с различным целевым назначением люпина.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований рекомендуется предприятиям аграрного сектора, в условиях дефицита органических и минеральных удобрений, включать в полевые севообороты люпин на семена, сидерацию и зеленый корм. На серых лесных почвах люпин, как фактор биологизации земледелия, позволит как минимум поддерживать плодородие почвы, а при повторении приема сидерации в динамике - приблизиться к расширенному его воспроизводству.

Использование люпина для запашки на удобрение - малозатратный, ресурсо- и энергосберегающий прием. Сидерация способствует более эффективному использованию ФАР и повышает коэффициент энергетической эффективности в агроэкосистеме. Научно обоснованная доля люпина в общей структуре севооборота должна составлять от 25 до 40%.

Производству рекомендуется выращивание люпина как экономически эффективного предшественника озимых и яровых колосовых культур. Так, размещение по люпину озимой и яровой пшеницы позволяет получать 3,5-5,0 т/га зерна с высоким содержанием сырого протеина и клейковины при снижении на ? дозы минерального азота. Установлено, что после люпина зерновые культуры, удобряемые только фосфором и калием, дают такие же прибавки, как и по полному (NPK) удобрению.

На серых лесных почвах нецелесообразно вносить минеральные удобрения непосредственно под люпин.

В период выполнения экспериментальной работы проводилась производственная проверка в сельскохозяйственных предприятиях Брянского района.

Результаты исследований внедрены автором в хозяйствах Брянского и Карачевского районов на площади 8500 гектаров.

Апробация результатов исследования и публикации. Основные результаты исследований были доложены на: Международной научно-практической конференции ВНИИ люпина Состояние и перспективы развития люпиносеяния в ХХI веке (Брянск, 2001); Международной научной конференции МСХА им. К.А. Тимирязева Севооборот в современном земледелии (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции ВНИПТИОУ Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия (Владимир, 2005); Международной научно-практической конференции ВНИИ люпина Научное обеспечение люпиносеяния в России (Брянск, 2005); Международной научно-практической конференции БГСХА Памяти М.К. Каюмова (Брянск, 2007); на 16-й Всероссийской школе ИФХ и БПП РАН Экология и почвы (Пущино, 2009); на координационных совещаниях ВНИПТИОУ по заданию 07 Разработать научные основы биологизации земледелия на базе высокоэффективных, экономически безопасных технологий, производства и использования органических удобрений и биоресурсов (Владимир, 1999, 2001, 2003); на региональных научно-практических конференциях - ярмарках (Брянск, 2000, 2001). Материалы исследований ежегодно докладывались на Ученом совете Всероссийского научно-исследовательского института люпина.

Результаты диссертационной работы отражены в 36 печатных работах в научных и научно-производственных журналах, сборниках и научных трудах, в том числе 10 - в периодических научных изданиях перечня ВАК.

ичный вклад автора. Личное участие автора заключается в разработке научной гипотезы и алгоритма исследований для второго периода опыта. В течение 8 лет, при его непосредственном участии проведены полевые и лабораторные опыты (80%), анализ и интерпретация эмпирических результатов, проведение статистической, экономической и энергетической оценки результатов исследований, формирование новых закономерностей, выводов и рекомендаций производству. Часть материала получена при совместной работе с сотрудниками отдела земледелия ВНИИ люпина (1988-1995 гг.).

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов и предложений производству, списка литературы, включающего 393 источника, в том числе 50 зарубежных авторов. Диссертация изложена на 319 страницах компьютерного текста, включает 57 таблиц, 12 рисунков и 23 приложения.

Автор выражает искреннюю признательность за ценные советы и замечания при подготовке работы научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору Н.М. Белоусу, заведующей отделом земледелия ГНУ ВНИИ люпина в 1987-1995 гг. доктору сельскохозяйственных наук Л.Л. Яговенко, руководителю группы информатики ГНУ ВНИИ люпина канд.с.-х. наук Н.В. Мисниковой, сотрудникам отдела земледелия ГНУ ВНИИ люпина.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор научной литературы

На основе обобщения и анализа научных публикаций раскрыты вопросы значения люпина для улучшения агрохимических, физических, биологических свойств серой лесной почвы, воспроизводства органического вещества. Представлено его влияние на урожайность полевых культур, качество урожая, продуктивность севооборотов, эффективное использование люпина в земледелии с целью его максимальной биологизации и ресурсосбережения.

Объекты, условия и методы проведения исследований

Исследования по теме диссертации проводили с 1988 по 2003 гг. в условиях Брянской области, расположенной в Центральном регионе РФ. Климат области умеренно-континентальный с теплым летом, умеренно холодной зимой и достаточно устойчивым увлажнением. Среднегодовая сумма осадков составляет 550-600 мм, тип водного режима периодически промывной. Продолжительность периода вегетации (в пределах среднесуточных температур +10С и выше) составляет 142-150 дней, сумма температур за это время 2200-2400С. Метеорологические условия по годам исследований характеризовались значительным разнообразием, что позволило всесторонне оценить стабильность продуктивного потенциала как люпина, так и других культур севооборота.

Экспериментальная работа осуществлялась в длительном стационарном опыте Всероссийского научно-исследовательского института люпина (номер государственной регистрации 0189.0075994). Стационарный полевой опыт заложен в 1988 году в соответствии с планом НИР и ОКР Россельхозакадемии по проблеме Разработать высокоэффективные, экологически безопасные, регионально дифференцированные системы устойчивого кормопроизводства, отвечающие требованиям высокоэффективного животноводства, биологизации земледелия, повышения плодородия почв и охраны окружающей среды (государственное задание 0.11). В период с 1996 по 2005 гг. исследования по теме диссертации параллельно выполнялись в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по проблеме 0.10 задания 07 Разработать научные основы биологизации земледелия на базе высокоэффективных, экологически безопасных технологий производства и использования органических удобрений и биоресурсов в адаптивно-ландшафтном земледелии (координационный план ВНИПТИОУ).

Опыт двухфакторный 7х4: фактор А - севооборот, фактор Б - фон удобрения.

Схема опыта по фактору А.

1. Бессменный люпин

2. Яровые зерновые - люпин (семена)

3. Яровые зерновые - люпин - пропашные

4. Яровые зерновые - люпин - пропашные - ячмень

5. Яровые зерновые - люпин - пропашные - ячмень - оз. рожь

6. Яровые зерновые - люпин - пропашные - ячмень - оз рожь - занятый пар (люпин+овес) - оз. пшеница

7. Пар сидеральный алюпиновый - озимые - люпин (семена) - пропашные - ячмень

Доля люпина в севооборотах составляла от 20 до 100%. Возделываемые культуры - овес, ячмень, люпин желтый и узколистный, озимые рожь и пшеница, кормовая свекла, кукуруза. С 1996 года пропашное поле заменено яровой пшеницей.

Схема опыта по фактору Б.

Фоны

Период 1988-1995 гг.

Период 1996-2003 гг.

1

Контроль - без удобрений

Контроль - б/у

2

Рекомендуемые дозы

К

3

Расчетные дозы

РК

4

Расчетные дозы с дробным внесением азота

NPK

Расчет доз удобрений под планируемый урожай проводился балансовым методом по М.К. Каюмову (1989), на втором фоне вносили дозы, установленные опытным путем для условий региона. Люпин не удобряли ни в одном из севооборотов, независимо от целевого назначения. Под бессменный люпин на фонах 3 и 4 через год применяли Р30К60. Дозы удобрений под конкретные культуры были одинаковыми для всех севооборотов.

Почва опытного участка серая лесная легкосуглинистая на лессовиднома карбонатном суглинке (глубина вскипания 100-120 см). Перед закладкой опыта в слое 0-20 см содержалось 2,8-3,0% гумуса, свыше 30 мг подвижного фосфора и 16-19 мг/100 г обменного калия, рНkcl 5,8-6,0 и степень насыщенности основаниями 85-90%.

Опыт развернут в 3-х полях, открывавшихся последовательно. Площадь каждого поля 2,4 га. Размер посевной делянки по фактору А 2784 м2 (29х96), по фактору Б - 174 м2 (25х4), повторность четырехкратная. Размещение делянок по фактору А рендомизированное, по фактору Б - систематическое. Общее количество делянок 336, площадь под опытом - 8,9 га.

Были проведены также 2 лабораторно-полевых опыта:

опыт 1 - интенсивность дыхания почвы по методу Штатнова;

опыт 2 - динамика минерализации органического вещества в почве по скорости убывания биомассы растительных остатков, помещенных в почву в капроновых мешочках.

Агротехника возделывания культур соответствовала зональным рекомендациям. Гербициды и средства защиты растений применяли, руководствуясь списком разрешенных препаратов и фитосанитарной обстановкой. В опыте высевали районированные в регионе сорта полевых культур, придерживаясь рекомендаций Госкомиссии по сортоиспытанию при смене сортовой политики. В первый период опыта высевали сорт желтого люпина Брянский 6, во второй - узколистный люпин Кристалл.

Объектом исследований являлись полевые агрофитоценозы и образцы почвы, отобранные из слоя 0-20 см на всех делянках до начала опыта и через 14 лет по завершении 2-ой ротации. Все анализы почвенных и растительных образцов выполнены в лаборатории отдела земледелия ВНИИ люпина.

При проведении исследований пользовались общепринятой методикой полевого опыта по Б.А. Доспехову (1985). Методы определения агрохимических показателей почвы стандартные: рНkcl - ГОСТ 26486-85, гидролитическая кислотность - ГОСТ 26219-91, сумма поглощенных оснований - ГОСТ 27821-88; обменные Са и Мg - ГОСТ 24687-85; гумус - ГОСТ 26213-91; подвижный Р2О5 - ГОСТ 26207-91. Анализы почвы, на которые отсутствуют нормативные документы, выполняли по прописям, изложенным в книге Агрохим. методы иссл. почв (1975). Общий азот и валовой фосфор - после мокрого озоления смесью серной и хлорной кислот - азот феноловым методом, Р2О5 - по Гинзбург, групповой состав фосфатов - по Мета (вариант Гинзбург), фракционный состав - по Гинзбург - Лебедевой, степень подвижности фосфатов (и легкообменный К2О) в вытяжке 0,01 М СаСl2 с дальнейшим окрашиванием по Труогу-Майеру. Фиксированный калий определяли по Гедройцу, необменный по Пчелкину, обменный - по Масловой на пламенном фотометре Цейсс. Групповой и фракционный состав гумуса - по методике Кононовой-Бельчиковой, лабильное органическое вещество - по Лыкову, водорастворимое - по Тюрину; легкогидролизуемый азот - по Корнфилду, сумму минерального азота - по Кудеярову.

В растительных образцах после мокрого озоления общий азот определяли с гипобромитом; фосфор - с гидразином, калий - на пламенном фотометре.

Экономическая оценка выполнена на основе типовых технологических карт по методике Калужского НИПТИ АПК (2007), энергетическая оценка - по методическим разработкам ВНИИ кормов и МСХА им. К.А. Тимирязева.

Математическую обработку экспериментальных данных осуществляли методом адисперсионного аанализа адля аодно- аи адвухфакторного аопыта по Б.А. Доспехову (1985), корреляционный анализ и графическое построение зависимостей - с помощью программного обеспечения Excel 2003.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Удобрительное значение люпина

Накопленный фактический материал свидетельствует о больших возможностях люпина, который оказывает положительное влияние на плодородие почвы как через прямое удобрительное действие биомассой и биологическим азотом, так и косвенно, через улучшение ее физико-химических свойств (Прянишников Д.Н., 1953; Алексеев Е.К., 1959; Стрелков И.Г., 1967; Кант Г., 1982; Трепачев Е.П., 1999).

В результате проведенных исследований установлено, что в сидеральном пару с урожаем желтого люпина в почву поступало 9,8-10,9 сухого вещества, у узколистного 9,7 т/га (Рис. 1). У желтого люпина отношение надземной части урожая к подземной в слое 0-20 см составляло 0,9-1,2, у узколистного - 1,4. Масса сухих корней у желтого люпина была больше на 21,3%, что свидетельствует о том, что корневая система узколистного люпина менее мощная, чем желтого.

Аналогичная ситуация характерна и для занятого пара, где после уборки зеленой массы на корм пожнивно-корневых остатков (пко) желтого люпина осталось на 1,7 т/га больше, чем узколистного.

Солома и стерневые остатки люпина также являются полноценным органическим удобрением. Желтый люпин при урожае семян 2 т/га формирует около 3,5 т соломы и около 4 т/га послеуборочных остатков. Узколистный люпин накапливает такое же количество соломы и в 1,5 раза больше стерневых остатков. Таким образом, запашка нетоварной части урожая люпина в зерновых севооборотах дает от 7,5 до 8,5 т/га сухого вещества.

По химическому составу биомасса желтого и узколистного люпинов различаются незначительно. В сидеральном пару с биомассой желтого люпина поступило 390-408 кг/га элементов питания с соотношением N:P:K = 0,56:0,16:0,28; с узколистным - 390 кг и соотношением 0,54:0,14:0,32 (Рис. 2). Следовательно сидерат - это прежде всего азотное удобрение, при этом доля биологического азота составляет 150-160 кг/га.

 


Рис. 1. Накопление биомассы желтым (а) и узколистным (б) люпином в зависимости от способа использования: 1- сидерация, 2 - двухстороннее использование в занятом пару, 3 - при уборке на семена


 

Рис. 2. Накопление элементов питания биомассой желтого (а) и узколистного (б) люпинов в зависимости от

способов использования, % от суммы (в среднем по опыту)

1 - сидерация, 2 - двухстороннее использование в занятом пару, 3 - при уборке на семена

В занятом пару количество поступающих элементов питания меньше, чем в сидеральном, на 33,6-37,1%. ПКО обоих видов люпина в своем составе больше всего содержат азота, но различаются по соотношению фосфора и калия. Для желтого люпина характерно относительное богатство фосфором, для узколистного - калием.

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
 Страницы: | 1 | 2 | 3 |
     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству