Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству  

На правах рукописи

Казнин Роман Евгеньевич

Влияние многолетнего применения различных

систем обработки на агрофизические показатели плодородия дерново-подзолистой глееватой почвы и продуктивность полевых культур в условиях

центрального Нечерноземья

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Тверь 2012

       Работа выполнена вфедеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ярославская государственная сельскохозяйственная академия

Научные руководители:	Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор сельскохозяйственных, профессор Смирнов Борис Александрович
	кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Щукин Сергей Владимирович
Официальные оппоненты:	Болатбекова Кирмызи Сулеймановна доктор биологических наук, старший научный сотрудник, Тверской государственный университет, профессор кафедры физической географии
	апыгина Валентина Алексеевна кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Тверская государственная сельскохозяйственная академия, доцент кафедры общего земледелия и растениеводства
Ведущая организация:	ФГБОУ ВПО Костромская государственная сельскохозяйственная академия

Защита диссертации состоится 24 мая  2012 г. в 1000 час. на заседании диссертационного совета Д 220.063.01 при ФГБОУ ВПО Тверская государственная сельскохозяйственная академия по адресу: 170904, г. Тверь, ул. Маршала Василевского (Сахарово), д.7 , Тверская ГСХА

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверской ГСХА

Автореферат разослан ____ апреля 2012г. и размещен на сайте ВАК РФ

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент  Н.Н. Иванютина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Агрофизическое состояние пахотных почв является важнейшей составляющей их плодородия, определяющей напряжённость и направленность процессов происходящих в почве и перераспределение энергии. Обработка почвы является одним из основных факторов, влияющих на динамику содержания органического вещества и агрофизических свойств почвы. Причем направленность данных изменений во многом определяется влажностью почвы в момент обработки. Обрабатываемая в сухом и переувлажненном состоянии, почва подвержена разрушению структуры и усиленной минерализации органического вещества, что снижает устойчивость и продуктивность агроэкосистемы.  Традиционно применяемая в Нечерноземной зоне система отвальной обработки является энергоемкой и предъявляет высокие требования к состоянию почвы в момент обработки, выдержать которые в производственных условиях весьма проблематично. Система поверхностно-отвальной обработки за счет дифференцированного подхода к чередованию поверхностных и отвальных обработок в севообороте во времени в зависимости от биологических особенностей культуры, засоренности, физического состояния почвы и складывающихся погодных условий позволяет более гибко подходить к решению этих задач. Особенно это актуально для дерново-подзолистых глееватых почв, характеризующихся избыточным увлажнением, которые в только Ярославской обрасти занимают почти 20% от общей площади пашни (около 140 тыс. га), и где влажность почвы часто является определяющим фактором эффективности системы обработки.

Особый интерес, в связи со слабой освещенностью вопроса как в отечественной, так и в иностранной литературе, представляет изучение вопросов связанных со способом заделки соломы на удобрение, а также применения гербицидов для регулирования численности сорного компонента на агрофизическое состояние почвы.

Цель исследований и задачи исследований. Цель исследований - изучить роль многолетнего применения различных систем ресурсосберегающей обработки на разных по интенсивности фонах удобрений и защиты растений в формировании агрофизических свойств дерново-подзолистой глееватой почвы и продуктивности полевых культур; выявить оптимальный вариант обработки почвы, обеспечивающий повышение плодородия почвы, продуктивности полевых культур и уменьшение энергозатрат.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Выявить роль многолетнего действия разных систем обработки, удобрений и защиты растений на:

1.1        содержание органического вещества в почве;

1.2        агрофизические показатели плодородия почвы (структурно-агрегатный состав, водопрочность, пластичность, плотность сложения, сопротивление пенетрации).

2. Определить роль изучаемых агрофизических показателей плодородия в формировании продуктивности культурных растений.

3. Выявить влияние малолетних сорных растений на динамику содержания органического вещества и агрофизические показатели плодородия.

4. Провести хозяйственную, экономическую и энергетическую оценку перспективных технологий производства продукции полевых культур.

Научная новизна. Впервые в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России на основании комплексных исследований, проведенных в многолетнем полевом стационарном опыте на дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почве, установлена положительная роль системы поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK в оптимизации агрофизического состояния почвы и формирования продуктивности полевых культур.

Практическая ценность работы. В результате многолетних исследований обоснована эффективность применения системы поверхностно-отвальной обработки почвы по фону солома+NPK. Данная технология основана на дифференцированном подходе к обработке почвы в зависимости от биологических особенностей культуры, засоренности, и складывающихся погодных условий. Она способствует оптимизации агрофизического состояния за счет более раннего наступления физической спелости почвы и возможности проведения обработки при более высокой влажности, обеспечивает продуктивность возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т к.ед./га и уменьшение общих затрат совокупной энергии на основную обработку в 2,6 раза по сравнению с технологией, базирующейся на системе отвальной обработки.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научных конференциях ФГБОУ ВПО ЯрославскаяГСХА в 2008-2012 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работ, в т.ч. 1 в рецензируемом журнале Вестник Алтайского аграрного университета, № 4(90), 2012 г.

       Структура и объём работы. Основное содержаниедиссертации изложено на 157 страницах компьютерной верстки, включает 30 таблиц, 64 рисунка и состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству и 16 приложений. Список использованной литературы включает 272 наименования, в том числе 104 зарубежных источника.

Основные положения, выносимые на защиту:

• роль системы ресурсосберегающей поверхностно-отвальной обработки, удобрений и защиты растений в изменении содержания органического вещества и агрофизических показателей плодородия дерново-подзолистой глееватой среднесуглинистой почвы; 
• роль органического вещества и агрофизических показателей плодородия в формировании продуктивности полевых культур;
• влияние систем ресурсосберегающей обработки, удобрений и защиты растений на продуктивность полевых культур;
• экономическая и энергетическая эффективность разных по интенсивности технологий производства продукции полевых культур.

За оказанную помощь в проведении исследований и консультации автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, заведующему кафедрой земледелия, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту С.В. Щукину, а также кандидатам сельскохозяйственных наук, старшему научному сотруднику кафедры земледелия Е.В. Большаковой и доцентам А.М. Труфанову и Е.В. Чебыкиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2. Место, условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в 2008-2010 гг. в полевомстационарном многолетнем трёхфакторном опыте, заложенном на опытном полеФГБОУ ВПО ЯГСХА в 1995 годуметодом расщеплённых делянок с рендомизированным размещением вариантов в повторениях. Повторность в опыте четырёхкратная.

Почва опытного участка в период проведения исследований (2008-2010 гг.) содержала: органического вещества - 2,57 %, P2O5 - 228,5; K2O - 74,6 мг/кг почвы, сумма обменных оснований составляла 19,66, гидролитическая кислотность - 1,52 мг.экв./100 г. почвы, рН солевой вытяжки - 5,86.

Опыт был заложен с чередованием культур во времени: 1995г. (многолетние травы) - 1996 г. (озимая пшеница)  - 1997 г. (однолетние травы)  - 1998 г.(ячмень)  Ц1999 г.(овес) - 2000 г. (однолетние травы)  - 2001 г.(озимая рожь) - 2002 г. (однолетние травы) Ц2003 г. (озимая рожь) - 2004 г.(однолетние травы) - 2005 г. (ячмень)  - 2006 г. (озимая тритикале)  - 2007 г.(однолетние травы) - 2008 г.(озимая рожь) - 2009 г.(однолетние травы) - 2010 г. (озимая рожь). Сорта: озимая пшеница - Мироновская-808, вика полевая - Ярославская-136  + овес - Скакун - однолетние травы, ячмень - Московский-3, озимая рожь - Волхова, Валдай, озимая тритикале - Антей.

В опыте применялись технологии, рекомендованные для региона (за исключением изучаемых).

Схема трёхфакторного (4х6х2) опыта включает 48 вариантов. Фактор А-делянки площадью 756 м2 (54 м х 14 м) - системы обработки почвы, фактор В-делянки площадью 126 м2 (14 м х 9 м) - удобрения и фактор С - делянки площадью 63 м2 (9 м х 7 м) - системы защиты растений от сорняков.

Схема полевого стационарного трёхфакторного (4х6х2)  опыта

Фактор А.Система основной обработки почвы, лО.

1. Отвальная: вспашка на 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см, ежегодно, О1.
2. Поверхностная с рыхлением: рыхление на 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4Е5 лет  + однократная поверхностная обработка на 6-8 см в остальные 3Е4 года, О2.
3. Поверхностно-отвальная: вспашка на 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4Е5 лет+ однократная поверхностная обработка на 6-8 см  в остальные 3Е4 года, О3.
4. Поверхностная: однократная поверхностная обработка на 6-8 см, ежегодно, О4.

Фактор В.Система удобрений, лУ.

1. Без удобрений, У1.
2. N30, У2.
3. Солома 3 т/га, У3.
4. Солома 3 т/га + N30 (азотное удобрение в расчете 10 кг д.в. на 1 т соломы), У4.
5. Солома 3 т/га + NPK (норма минеральных удобрений, рассчитанная на планируемую прибавку урожая), У5.
6. NPK (норма минеральных удобрений, рассчитанная на планируемую прибавку урожая), У6.

Фактор С. Система защиты растений от сорняков, лГ.

1. Без гербицидов, Г1.
2. С гербицидами, Г2.

Осуществлялись следующие технологические приемы: вспашка на глубину 20-22 см с оборотом пласта на 180o и с рыхлением подпахотного горизонта - плугом ПБС-2; лущение и поверхностная обработка - ножевой бороной TUME-300 (Финляндия);  вспашка на глубину 20-22 см - плугом ПЛН-3-35; (только в 2004 г. на варианте О3); культивация - культиватором КБМ-4,2НУ; безотвальное рыхление на глубину 20-22 см - сменными рабочими органами к плугу ПБС-2 - рыхлителями. Все операции осуществлялись в агрегате с трактором МТЗ-82.

В опыте применялись следующие гербициды: 2,4-ДА (40%) 2,0 кг/га (1996); Раундап - 5 л/га (1997) ;Гранстар - 15,0 г/га (1998); Раундап - 8 л/га (2004), Агритокс - 1,25 л/га (2006); Линтур 180 г/га (2010). В 2008 и 2009 гг. изучалось последействие ранее применявшихся гербицидов.        

Содержание органического вещества определяли по методу И.В. Тюрина (вариант ЦИНАО) (И.С. Кауричев, 1986); структурно-агрегатный состав- метод Н.И. Саввинова (сухое просеивание); водопрочность почвенной структуры Цметод Н.И. Саввинова с использованием прибора И.М. Бакшеева; верхний предел пластичности - метод А.М. Васильева; нижний предел пластичности - метод Аттерберга; сопротивление пенетрации определяли при помощи твердомера Ю.Ю. Ревякина (Б.А. Доспехов, И.П. Васильев, А.М. Туликов, 1977); влажность почвы - весовой метод (И.С. Кауричев, 1986). Урожайность полевых культур учитывали сплошным методом во всех повторениях опыта. Урожайность зерна озимой ржи рассчитывали на 14% влажностьи 100% чистоту, зеленой массы однолетних трав при фактической влажности. Экономическую и энергетическую оценку перспективных технологий производства продукции полевых культур проводили на основании фактических технологических карт, действующих в хозяйствах области, нормативов и цен на продукцию, материалы и энергию(Г.С. Посыпанов, В.Е. Долгодворов, 1995; А.В. Шпилько и др., 2001). Для статистической обработки экспериментальных данных использовали программы STRAZ, Disant, Statistica7, Microsoft Excel 2010.

Метеорологические условия 2007/2008 гг. были, в основном,  благоприятными для озимой ржи. Недобор осадков наблюдался в мае (30 мм при среднем многолетнем 53 мм), теплая погода во второй декаде июля ускорила созревание культуры на 1-1,5 недели раньше средних многолетних сроков. Вегетационный период 2009 года характеризовался умеренно теплым и продолжительным летом с недобором осадков в июле и августе (48% и 34% соответственно, при среднем многолетнем 85% и 63%). Погодные условия 2010 года были неблагоприятны для озимой ржи. Жаркая погода с повышение температуры выше 30о на протяжении 22-33 днейсочеталасьс почти полным отсутствием осадков (4 мм в июле), что являлось основной причиной снижения продуктивности культуры.

Результаты исследований

3.Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений

и защиты растений на содержание в почве органического вещества

Органическое вещество, как интегральный показатель почвенного плодородия, в значительной мере определяет динамику физических свойств почвы и продуктивности полевых культур. В зависимости от года исследований и выращиваемой культуры выявлена корреляционная зависимость между содержанием органического вещества и изучаемыми показателями: в 2008 г. влажностью (r=0,70; р<0,001), плотностьюсложения (r=-0,41; р=0,004), фракцией >3 мм (мокрое просеивание) (r=0,39; р=0,007), урожайностью озимой ржи (r=0,62; р<0,001); в 2009 г. фракцией >3 мм (мокрое просеивание) (r=0,39; р=0,006), урожайностью однолетних трав (r=0,35; р=0,015); в 2010 г. влажностью (r=0,32; р=0,026), сопротивлением пенетрации (r=-0,47; р=0,001), фракцией 1-0,25 мм (мокрое просеивание) (r=-0,35; р=0,014), урожайностью озимой ржи (r=0,59; р<0,001).

В среднем за трёхлетний период исследований (2008-2010 гг.) снижение механического воздействия на почву в системахресурсосберегающей обработки (О2, О3, О4) способствует достоверному увеличению содержания органического вещества на 0,16-0,21%в сравнении с системой отвальной обработки (табл. 1). При этом наибольшее содержание органического вещества наблюдается при применении системы поверхностно-отвальной обработки почвы - 2,59%. Внесение удобрений обусловливает увеличение содержания органического вещества в пахотном слое на 0,03-0,29%.Наибольшиезначенияв среднем по вариантам обработки и гербицидов получены при применении соломы совместно с полной нормой минеральных удобрений - 2,74%, а по системе поверхностно-отвальной обработкикак с гербицидами, так и без их использования содержание органического вещества было на уровне 2,80-2,86%.

1. Содержание органического вещества в почве

(%, в среднем по факторам за период 2008-2010 гг.)

Вариант	Слой почвы, см
	0-10	10-20	0-20
Фактор А. Система обработки почвы, О
Отвальная, О1	2,41	2,43	2,42
Поверхностная с рыхлением, О2	2,63	2,59	2,61
Поверхностно-отвальная, О3	2,65	2,63	2,64
Поверхностная, О4	2,60	2,57	2,59
НСР05	0,08	0,06	0,04
Фактор В. Система удобрений, У
Без удобрений, У1	2,46	2,44	2,45
N30, У2	2,51	2,52	2,52
Солома, У3	2,50	2,45	2,48
Солома + N30, У4	2,51	2,50	2,51
Солома + NPK,У5	2,74	2,73	2,74
NPK,У6	2,72	2,71	2,72
НСР05	0,05	0,07	0,04
Фактор С. Система защиты растений, Г
Без гербицидов, Г1	2,56	2,58	2,57
С гербицидами, Г2	2,58	2,53	2,56
НСР05	FФ<F05	0,04	FФ<F05

Применение гербицидов не влияет на содержание органического вещества в слое 0-20 см, но способствует снижению значений в нижнем слое пахотного горизонта (10-20 см), что указывает на определенную роль сорного компонента в изменении данного показателя. Так, установлена положительная связь между содержанием в почве органического вещества и накоплением сухой массы малолетними сорными растениями по системам ресурсосберегающей обработки (О2, О3, О4). Особенно это было заметно в 2009 году, где были получены следующие коэффициенты корреляции по системам обработки: отвальная(r=0,43р=0,16); поверхностная с рыхлением (r=0,80 р=0,002); поверхностно-отвальная (r=0,62 р=0,032); поверхностная (r=0,82 р=0,001).

4.Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на динамику агрофизических показателей плодородия почвы

Структурно-агрегатный состав почвы (сухое просеивание)за время исследований по всем изучаемым вариантам обработки, удобрений и гербицидов изменялся незначительно (табл. 2).

2. Структурное состояние почвы

(%, в среднем по факторам за периодисследований)

Вариант	Содержание агрегатов 10-0,25 мм, 2008-2009 гг. (сухое просеивание)			Содержание агрегатов > 0,25 мм, 2008-2010 гг. (мокрое просеивание)
	слой почвы, см
	0-10	10-20	0-20	0-10	10-20	0-20
Фактор А. Обработка почвы, О
Отвальная, О1	69,78	69,11	69,44	59,17	61,26	60,22
Поверхностная с рыхлением, О2	70,35	70,81	70,58	61,71	63,63	62,67
Поверхностно-отвальная, О3	69,66	69,48	69,57	62,38	63,32	62,85
Поверхностная, О4	69,26	68,72	68,99	63,01	63,57	63,29
НСР05	Fф<F05	Fф<F05	Fф<F05	3,48	1,80	2,23
Фактор В. Удобрение, У
Без удобрений, У1	69,24	69,64	69,44	60,25	61,39	60,82
N30,У2	69,82	70,44	70,13	61,49	65,33	63,41
Солома 3 т/га, У3	69,48	68,76	69,12	63,06	62,51	62,79
Солома 3 т/га + N30, У4	70,61	69,54	70,08	61,51	62,22	61,87
Солома 3 т/га + NРК, У5	69,37	68,69	69,03	61,38	64,44	62,91
NРК, У6	70,03	70,13	70,08	61,71	61,79	61,75
НСР05	FФ<F05	FФ<F05	FФ<F05	Fф<F05	2,59	Fф<F05
Фактор С. Система защиты растений, Г
Без гербицидов, Г1	69,81	69,30	69,56	62,19	63,00	62,60
С гербицидами, Г2	69,71	69,76	69,73	60,94	62,89	61,92
НСР05	FФ<F05	FФ<F05	FФ<F05	Fф<F05	Fф<F05	Fф<F05

Рис.1. Распределение фракций водопрочных агрегатов в зависимости от системы обработки почвы (слой 0-20 см; 2008-2010 гг.)

Водопрочность макроагрегатов была на 2,05-3,07% выше при применении систем ресурсосберегающей обработки (О2,О3,О4), что в основном происходит  за счет фракции > 3 мм и 1-3мм.  Особенно это было заметно при применении поверхностно-отвальной обработки по фону внесения соломы совместно с полным минеральным удобрением (У5) на вариантах с гербицидами (рис.1).В вариантах без гербицидов поверхностно-отвальная обработка по фону солома+NPK обеспечила наибольший (27,46%) выход фракции >3 мм.

Внесение азотных удобрений (У2) и соломы с полной нормой минеральных удобрений (У5) способствует достоверному увеличению массовой доли водопрочных агрегатов в нижнем слое почвы на 3,94 и 3,05% соответственно.

Применение гербицидов способствуетнезначительному снижению массовой доли макроагрегатов >0,25 мм в верхнем (0-10 см) слое за счет фракции >3 мм и 1-0,25 мм на 1,70 и 1,25% соответственно.

Пластичность почвы (пределы, число) является важной качественной характеристикой почвы, определяющей ее реологические и технологические свойства.

Почва опытного участка характеризуется динамикой числа пластичности по разным слоям пахотного горизонта от 9,76 до 11,61, что подтверждает данные гранулометрического состава и характеризует почвы как среднесуглинистые.Пределы пластичности в среднем за 2008-2010 гг. в пахотном слое (0-20 см) изменялись по системам обработки.Отвальная: верхний от 31,84 до 32,46% и нижний от 20,39 до 21,05%; поверхностно-отвальная: верхний от 30,27 до 31,78% и нижний от 19,30 до 21,53%; поверхностная: верхний от 31,56 до 32,78% и нижний от 20,40 до 20,54%.

Принимая нижнюю границу пластичности за предел оптимальной влажности, которая определяет возможность проведения качественной обработки почвы, следует отметить, что система поверхностно-отвальной обработки по фону совместного применения соломы и полного минерального удобрения характеризуется наиболее благоприятными условиями для обработки. Переход из пластичного в упруго-хрупкое состояние на данном варианте в слое 0-10 см соответствует наибольшей влажности - 22,26%. Это значит, что на данном варианте физическая спелость наступает раньше, чем на других, что обусловливает оптимизацию физических свойств при обработке.

Проведенный множественный корреляционно-регрессионный анализ за период исследований с 2008 по 2010 гг. выявил тесную связь между влажностью (У) почвы и изучаемыми агрофизическими показателями:

У=34,4527+0,0064Х1-7,6042Х2-0,1833Х3(1)

R=0,79; R2=0,63; р<0,00001, гдеУ - влажность, %; Х1 - доля водопрочных макроагрегатов, %; Х2 - плотность г/см3; Х3 - сопротивление пенетрации кг/см2.

Анализ взаимосвязи влажности почвы с агрофизическими показателями свидетельствует об обратной связи влажности с показателями плотности и сопротивления пенетрации. На это указывают отрицательные коэффициенты регрессии. При этом связь между влажностью и водопрочностью почвы была несущественна (р>0,05).Вместе с этим интересно отметить разнонаправленную связь влажности нижнего предела пластичности с массовой долей фракций водопрочных агрегатов. Так, фракция 1-0,25 мм имела отрицательную связь (r=-0,60; р=0,009), а фракция >3 мм - положительную (r=0,65; р=0,004).

Плотность почвы является значимым агрофизическим показателем, характеризующим состав, форму и укладку почвенных агрегатов.Проведенный множественный корреляционно-регрессионный анализ установил наличие отрицательной связи между плотностью(У) и показателями влажности, содержанием органического вещества и водопрочностью макроагрегатов на что указывают отрицательные коэффициенты регрессии (р<0,05).

У= 2,241057-0,0265Х1-0,1125Х2-0,0045Х3(2)

r= 0,64; r2= 0,40; р<0,00001, гдеУ Ц  плотность, г/см3; Х1 - содержание органического вещества, %; Х2 - влажность, %; Х3 - доля водопрочных макроагрегатов, %.

Динамика плотности сложения за период исследований 2008-2010 гг.в течение вегетации культур изменялась в пределах - 1,00-1,44 г/см3(озимаярожь, 2008 г.), 0,80-1,48 г/см3(однолетние травы, 2009 г.),0,98-1,48 г/см3(озимая рожь, 2010 г.).

Система поверхностно-отвальной обработки в среднем по вариантам удобрений и гербицидов способствует снижению плотности сложения в верхнем слое на 0,03 г/см3. Внесение удобрений N30, солома+NPK и NPKв среднем по вариантам обработки и гербицидов обусловливает снижение плотности на 0,04- 0,05 г/см3.

Применение системы поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK как без гербицидов, так и с их применением обеспечивает наиболее благоприятную динамку плотности сложения почвы во время вегетации культур:в посевах озимой ржи (2008 г.) в пределах - 1,06-1,28г/см3; в посевах  однолетних трав (2009 г.)в пределах - 0,99-1,28 г/см3; в посевах озимой ржи (2010 г.)в пределах - 0,87-0,98 г/см3.

Сопротивление пенетрации (твердость) почвы - важный качественный показатель, определяющий рост и развитие корневой системы растения. Проведенные исследования установили тесную отрицательную корреляционную связь между сопротивлением пенетрации и влажностью почвы (r=-0,72; р<0,0001) и среднюю положительная связь между сопротивлением пенетрации и плотностью сложения (r=0,35; р<0,0001). Также была установлена прочная обратная связь между сопротивлением пенетрации и показателями обилия малолетних сорняков (численность: r=-0,73; р<0,0001; сухая масса: r=-0,65; р<0,0001), что указывает на их роль в формировании агрофизических свойств почвы.

В течение всего периода исследований наблюдалась четкая дифференциация пахотного горизонта с увеличением сопротивления пенетрации по мере увеличению глубины. Применение систем ресурсосберегающей обработки (О2,О3,О4) в среднем по системам удобрений и защиты растений способствует увеличению сопротивления пенетрации. Наиболее высокие значения свойственны системе поверхностной обработки, где наблюдается увеличение сопротивления проникновению штока твердомера на 0,3-5,1 кг/см2по всем изучаемым слоям (рис. 2). 

Применение системы поверхностно-отвальной обработки также сопровождается тенденцией увеличения твердости относительно отвальной на глубине 10, 15 и 20 см. При этом достоверные значения получены лишь на глубине 25 см.

Рис.2. Сопротивление пенетрации в зависимости от систем обработки почвы (значениеНСР05А;в среднем по системам удобрений и защиты растений; в среднем за 2008-2010 гг.)

Применение удобрений способствует снижению сопротивления пенетрации в пахотном слое. Наиболее положительно проявил себя вариант совместного применения соломы и полного минерального удобрения, который обеспечил достоверное снижение значений показателя на глубине 5, 10 и 15 см на 1,89, 1,81 и 1,38 кг/см2 соответственно.

Применение гербицидов обусловило увеличение сопротивления пенетрации по всему профилю пахотного горизонта на 0,21- 0,79 кг/см2.

5. Влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и защиты растений на продуктивность полевых культур

Из всех изучаемых показателей на продуктивность культур в большей степени влияло содержание органического вещества в почве. Особенно это было заметно при выращивании озимой ржи в 2008г. (r=0,62; р=0,0001) и 2010 г. (r=0,59; р=0,0001).

В 2008 году продуктивность культур имела среднюю отрицательную связь с плотностью сложения (r=-0,47; р=0,001), а в 2009 и 2010 гг. с сопротивлением пенетрации (r=-0,38; р=0,0008 и r=-0,55; р=0,0001 соответственно).

Влажность почвы оказывала положительное влияние на урожайность озимой ржи в 2008 г. (r=0,55; р=0,0001) и 2010 г. (r=0,47; р=0,001).

Установлено положительное влияние на продуктивность озимой ржи накопления сухой массы малолетними сорными растениями в конце вегетации (2008 г.: r=0,60; р=0,0001 и 2010 г.: r=0,32; р=0,028), что указывает на определенную экологическую роль сорного компонента. Малолетние сорняки характеризуются меньшей вредоносностью по сравнению с многолетними, и в отдельных случаях могут положительно влиять на показатели плодородия, выступая как дополнительный источник органического вещества, регулируя влажность почвы, выполняя протекторную функцию. При этом следует отметить, что численность малолетних сорняков в течение периода исследований не влияет на продуктивность возделываемых культур.

Для установления связи продуктивности культурных растений с изучаемыми показателями плодородия были рассчитаны уравнения множественной регрессии для дерново-подзолистой глееватой почвы: 

1.        Озимая рожь, 2008 г.:

У= -5,44212+3,51793Х1+0,02814Х2-4,53561Х3-0,15625Х4+0,30488Х5

R=0,76; R2=0,53; р<0,00001

2.        Однолетние травы, 2009 г.:

У=1,854872+0,419438Х1+0,015041Х2+0,147123Х3-0,070782Х4+0,026505Х5

R=0,55; R2=0,30; р<0,00884

3.        Озимая рожь, 2010 г.:

У=-1,06069+0,59524Х1-0,00797Х2+0,30853Х3-0,03407Х4+0,04278Х5

R=0,71; R2=0,51; Р<0,00001

Характеристика величин в регрессионных уравнениях:У Ц  урожайность культуры, т к.ед./га; Х1 - содержание органического вещества, %;Х2 - доля водопрочных макроагрегатов, %; Х3 - плотность, г/см3;Х4 - сопротивление пенетрации, кг/см2; Х5 - влажность, %.

Коэффициенты множественной корреляции свидетельствуют о наличии тесной связи между продуктивностью озимой ржи и изучаемыми показателями плодородия как в 2008, так и в 2010 гг. В 2009 году связь была средней, и большей мере определялась влиянием сопротивления пенетрации.

Усредненные урожайные данные за 2008-2010 гг., выраженные в т к.ед./га в среднем по факторам свидетельствуют, что применение систем обработки почвы без оборота пласта (поверхностная с рыхлением и поверхностная) обусловливает снижение продуктивности полевых культур относительно отвальной обработки (табл.3). Применение системы поверхностно-отвальной обработки способствует увеличению продуктивности на 0,11 т к.ед./га.

3. Продуктивность полевых культур

(т к.ед./га, основная продукция, в среднем по факторам)

Вариант	Озимая рожь, 2008 г.	Одно- етние травы (зеленая масса), 2009 г.	Озимая рожь, 2010 г.	В среднем за 2008- 2010 гг.
Фактор А. Система обработки почвы, О
Отвальная, О1	2,38	2,95	0,53	1,96
Поверхностная с рыхлением, О2	2,22	2,70	0,52	1,82
Поверхностно-отвальная, О3	2,49	3,04	0,68	2,07
Поверхностная, О4	2,15	2,55	0,52	1,74
НСР05	Fф<F05	0,35	0,04	0,17
Фактор В. Система удобрений, У
Без удобрений, У1	1,22	2,52	0,33	1,36
N30,У2	1,55	2,65	0,34	1,51
Солома, У3	1,44	2,74	0,38	1,52
Солома + N30, У4	1,77	2,82	0,49	1,69
Солома + NPK, У5	4,15	3,19	0,96	2,77
NPK, У6	3,76	2,97	0,88	2,54
НСР05	0,28	0,23	0,05	0,50
Фактор С. Система защиты растений, Г
Без гербицидов, Г1	2,29	2,81	0,57	1,89
С гербицидами, Г2	2,44	2,82	0,55	1,94
НСР05	0,15	Fф<F05	0,02	0,05

Внесение соломы совместно с полным минеральным удобрением в среднем по системам обработки и защиты растений в годы с метеорологическими условиями близкими к средним многолетним обеспечило увеличение продуктивности озимой ржи (2008 г.) на 2,93 т к.ед./га и однолетних трав (2009 г.) на 0,67 т к.ед./га по сравнению с вариантом без удобрений.

Применение гербицидов в среднем по системам обработки и удобрений сопровождалось достоверным увеличением продуктивности культур на 0,05 т к.ед./га. Причем наиболее заметно это было в 2008 году. Так, последействие гербицидов по системам безотвальной обработки (О2 и О4) по фону NPK обусловливало увеличение урожайности озимой ржи на 0,56-0,93 т к.ед./га.

Система поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK как с гербицидами, так и без гербицидов в годы по метеорологическим условиям близким к средним многолетним, обеспечивает продуктивность возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т к.ед./га.

6. Экономическая и энергетическая эффективность перспективных

технологий производства продукции полевых культур

Расчетэкономической эффективности технологий производства зерна озимой ржи и зеленой массы однолетних травсвидетельствует о преимуществе системы поверхностно-отвальной обработки над ежегодной отвальной как по фону без удобрений, так и по фону применения соломы совместно с полной нормой минеральных удобрений.Технология производства озимой ржи по поверхностно-отвальной обработке по фону солома+NPK с гербицидами обеспечила наибольшую урожайность культуры (40,43 ц/га), наименьшую себестоимость зерна (3615 руб./т), наибольший условный чистый доход (14991,2 руб./га) и уровень рентабельности (112,8%). При производстве однолетних трав наиболее высокий условный чистый доход (12064,8 руб./га) был получен по системе поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK с гербицидами, а уровень рентабельности (231,2%) по поверхностно-отвальной обработки по фону без удобрений и без гербицидов.

Расчет энергетической эффективности технологии возделывания озимой ржи и зеленой массы однолетних трав, указывает что применение технологии базирующейся на системе поверхностно-отвальной обработкипо фону солома+NPK обеспечивает увеличение чистого энергетического дохода на 0,17-7,41 ГДж/га, коэффициента энергетической эффективности и биоэнергетического коэффициента посева на 0,57-0,62, снижения энергетической себестоимости на 0,25-0,72 ГДж/га по сравнению с системой ежегодной отвальной обработки.

4. Затраты совокупной энергии на основную обработку почвы в среднем за год при четырёх- и пятилетнем периодах ротации системы, МДж/га

Показатель	Озимая рожь (2008)		Однолетние травы (2009)
	отвальная, О1	поверхностно- отвальная, О3	отвальная, О1	поверхностно- отвальная, О3
Машины и оборудование	40,00	9,20	40,00	11,12
ГСМ	1586,82	554,91	1586,82	619,31
Трудовые ресурсы	2,77	0,75	2,77	1,01
Итого	1629,59	564,86	1629,59	631,44

Применение системы поверхностно-отвальной обработки характеризуется снижением затрат совокупной энергии на основную обработку при возделывании озимой ржи и однолетних трав соответственно в 2,87 и 2,58 раза, в том числе затрат на: машины и оборудование в 4,35 и 3,60 раза, ГСМ в 2,85 и 2,56 раза и затрат труда в 3,69 и 2,74 раза по сравнению с системой отвальной обработки (табл. 4).

Выводы

1. Многолетнее применение систем ресурсосберегающей обработки (О2, О3, О4) способствует достоверному увеличению содержания органического вещества в почве на 0,16-0,21% в сравнении с системой отвальной обработки.  Внесение удобрений обусловливает увеличение содержания органического вещества в пахотном слое на 0,03-0,29%. Наибольшие значения получены при применении системы поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK как с гербицидами, так и без их использования, где содержание органического вещества было на уровне 2,80-2,86%.

2. Выявлена тесная корреляционная зависимостьмежду содержанием органического вещества и влажностьюпочвы в 2008 г.(r=0,70; р<0,001), а также средняя связь между содержанием органического вещества и урожайностью озимой ржи в 2008 г. (r=0,62; р<0,001(2008 г.) и 2010 г.(r=0,59; р<0,001).

3. Изучаемые варианты обработки, удобрений и гербицидов не оказывают существенного влияния на структурно-агрегатный состав почвы (сухое просеивание).

Ресурсосберегающая обработка повышает водопрочность макроагрегатов на 2,05-3,07%, что в основном происходит  за счет фракции > 3 мм и 1-3мм.  Особенно это было заметно при применении системы поверхностно-отвальной обработки по фону внесения соломы совместно с полным минеральным удобрением (У5) как с гербицидами, так и без их использования.

4. Влажность почвы находится в тесной связи с агрофизическими показателями плодородия (R=0,79; р<0,00001) (уравнение 1).

Применение системы поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK обусловливает более раннее наступление физической спелости почвы, на что указывает нижний предел пластичности, который в верхнем слое соответствует наибольшей влажности - 22,62%.

5. Плотность сложения почвы характеризуется отрицательной связью с показателями влажности, содержанием органического вещества и во-допрочностью макроагрегатов (уравнение 2).

Применение системы поверхностно-отвальной обработки,  в среднем по вариантам удобрений и гербицидов, способствует снижению плотности сложения в верхнем слое на 0,03 г/см3.

Внесение удобрений N30, солома+NPK и NPK в среднем по вариантам обработки и защиты растений обусловливает снижение плотности на 0,04-0,05 г/см3.

6. Сопротивление пенетрации (твёрдость) почвы находится в тесной отрицательной связи с влажностью почвы (r=-0,72; р<0,0001), в средней положительной с плотностью сложения (r=0,35; р<0,0001), в тесной отрицательной с показателями обилия малолетних сорняков (численность: r=-0,73, р<0,0001; сухая масса: r=-0,65, р<0,0001).Наиболее высокие значения показателя получены при применении системы поверхностной обработки, где наблюдалось увеличение сопротивления проникновению штока твердомера на 0,3-5,1 кг/см2 по всем изучаемым слоям. Вариант совместного применения соломы и полного минерального удобрения обеспечивает достоверное снижение значений показателя на глубине 5, 10 и 15 см на 1,89, 1,81 и 1,38 кг/см2 соответственно.

Применение гербицидов способствует увеличению сопротивления пенетрации по всему профилю пахотного горизонта на 0,21- 0,79 кг/см2.

7. Продуктивность культур находится в достаточно прочной связи с комплексом изучаемых показателей. Коэффициенты множественной корреляции характеризуют эту связь как прочную (R=0,71-0,76; Р<0,00001) для озимой ржи (2008, 2010 гг.) и как среднюю (R=0,55; Р<0,00001) для однолетних трав (2009 г.).

8. Выявлена положительная связь между накоплением сухой массы малолетними сорными растениями в конце вегетации и продуктивностью озимой ржи в 2008 г. (r=0,60; р=0,0001) и 2010 г. (r=0,32; р=0,028), а также органическим веществом по системам обработки: поверхностная с рыхлением (r=0,80 р=0,002); поверхностно-отвальная (r=0,62 р=0,032); поверхностная (r=0,82 р=0,001).

9. Применение системы поверхностно-отвальной обработки в среднем за годы исследований, способствует увеличению продуктивности культур на 0,11 т к.ед./га.

Внесение соломы совместно с полным минеральным удобрением в среднем по системам обработки и защиты растений в годы по метеорологическим условиям близким ксредним многолетним обеспечивает увеличение продуктивности озимой ржи (2008 г.) на 2,93 т к.ед./га и однолетних трав (2009 г.) на 0,67 т к.ед./га.

Применение гербицидов в среднем по системам обработки и удобрений сопровождается достоверным увеличением продуктивности культур на 0,05 т к.ед./га.

10. Технология производства озимой ржи, базирующаяся на поверхностно-отвальной обработке по фону солома+NPK с гербицидами, обеспечивает получение наибольшегоусловного чистого дохода (14991,2 руб./га) и уровня рентабельности (112,8%). При производстве однолетних трав наиболее высокий условный чистый доход (12064,8 руб./га) был получен по системе поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK с гербицидами, а уровень рентабельности (231,2%) по поверхностно-отвальной обработке по фону без удобрений и без гербицидов.

11. Технология, базирующаяся на системе поверхностно-отвальной обработки по фону солома+NPK, обеспечивает увеличение чистого энергетического дохода на 0,17-7,41 ГДж/га, коэффициента энергетической эффективности и биоэнергетического коэффициента посева на 0,57-0,62, снижения энергетической себестоимости на 0,25-0,72 ГДж/га по сравнению с системой ежегодной отвальной обработки.

12. Применение системы поверхностно-отвальной обработки характеризуется снижением затрат совокупной энергии при возделывании озимой ржи и однолетних трав соответственно в 2,87 и 2,58 раза, в том числе затрат на: машины и оборудование в 4,35 и 3,60 раза, ГСМ в 2,85 и 2,56 раза и затрат труда в 3,69 и 2,74 раза по сравнению с системой отвальной обработки.

Предложения производству

Для дерново-среднеподзолистой глееватой среднесуглинистой почвы Центрального района Нечерноземной зоны России в качестве основной рекомендуется применение системы поверхностно-отвальной обработки, базирующейся на сочетании отвальной на глубину 20-22 см с предварительным лущением на 8-10 см 1 раз в 4Е5 лет и поверхностной обработки на 6-8 см в последующие 3Е4 года.

Предлагаемая система по фону совместного применения соломы с полным минеральным удобрением обеспечивает более раннее наступление физической спелости почвы и возможность проведения обработки при более высокой влажности. Это ведет к оптимизации агрофизического состояния почвы и получению продуктивности возделываемых культур на уровне 3,56-4,49 т/га при наиболее высоком экономическом и энергетическом эффекте и уменьшении общих затрат совокупной энергии на основную обработку в 2,6 раза по сравнению с технологией, базирующейся на системе отвальной обработки.

Список опубликованных работ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Казнин, Р.Е. Водоустойчивость макроструктуры дерново-подзолистой глееватой почвы при минимизации обработки/Р.Е. Казнин, С.В. Щукин, С.С. Сивкова, Б.А. Смирнов// Вестник Алтайского государственного аграрного университета.-2012.-№4(90).-С.24-28.

Публикации в сборниках научных трудов и материалов конференций:

2. Казнин, Р.Е. Изменение структурно-агрегатного состава почвы под влиянием разных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов/ Р.Е.Казнин // Сборник научных трудов 30-юбилейной Всероссийской научно-практической конференции НИРС - первая ступень в науку.- Ярославль: ЯГСХА.-2007.-С.18-20.
3. Казнин, Р.Е. Влияние разных по интенсивности систем обработки и удобрений на структурное состояние почвы и урожайность полевых культур/ Р.Е. Казнин // Сборник научных трудов по материалам XIII международной научно-практической конференции Инновационные направления развития конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых.-Ярославль: ЯГСХА.-2010.-С.16-20.
4. Казнин, Р.Е. Взаимодействие физических свойств почвы, их роль в формировании урожайности полевых культур/ Р.Е. Казнин // Сборник научных трудов по материалам XIV международной научно-практической конференции Инновационные направления развития конкурентоспособности предприятий, отраслей и комплексов - вклад молодых ученых.-Ярославль: ЯГСХА.-2011.-С.127-132.

  Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по сельскому хозяйству