Ресурсосберегающие способы обработки почвы при возделывании зерновых культур в лесостепи среднего поволжья
| Вид материала | Автореферат диссертации |
СодержаниеНемцев Николай Сергеевич Марковский Александр Анатольевич Общая характеристика работы Содержание работы Предложения производству Список работ |
- Степанова юлия Владимировна, 521.59kb.
- Рекомендации по проведению весенне-полевых работ в 2009 году оренбург 2009, 2553.88kb.
- Большое значение в снижении распространения и развития болезней зерновых колосовых, 1110.39kb.
- Такого рода стратегическое планирование позволит выравнивать перекосы, существующие, 69.52kb.
- И. А. Нурпеисов 2011 г. Рабочая программа, 76.71kb.
- Осенняя обработка почвы для сахарной свеклы, 93.47kb.
- Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи среднего, 1193.2kb.
- Роль систем минимальной обработки дерново-подзолистой супесчаной почвы при разных уровнях, 369.51kb.
- Рабочая программа семинара «Ресурсосберегающая технология возделывания зерновых культур», 130.81kb.
- Теоретические и прикладные аспекты изучения селекционной ценности генофонда зерновых, 923.24kb.
На правах рукописи
ЯКУНИН АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЛЕСОСТЕПИ
СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Специальность 06.01.01. – общее земледелие
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Кинель - 2006
Работа выполнена в отделе ландшафтного земледелия ГНУ Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства в 1998-2003 гг.
Научный руководитель – академик РАСХН,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, лауреат Государственной премии РФ
в области науки и техники
^ Немцев Николай Сергеевич
Официальные оппоненты – доктор сельскохозяйственных
наук, профессор,
Корчагин Валентин Александрович
кандидат биологических наук, доцент
^ Марковский Александр Анатольевич
Ведущая организация – ГНУ Мордовский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Защита состоится « 26 » декабря 2006 года в «10» часов на заседании диссертационного совета Д.220.058.01. при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия». 446400, Самарская область,
г. Кинель-4, п. Усть-Кинельский, диссертационный совет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной сельскохозяйственной академии.
Автореферат разослан «24 » ноября 2006 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биологических наук Г.К.Марковская
^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Опыт отечественного и зарубежного сельского хозяйства показывает, что эффективность земледелия определяется, прежде всего, уровнем интенсификации его отраслей и рациональным использованием природных и антропогенных ресурсов. Главным средством решения этой задачи является освоение малозатратных систем земледелия на ландшафтной основе и комбинированных способов обработки почвы, которые с минимальными затратами труда и средств могут обеспечить воспроизводство почвенного плодородия и повышение эффективности сельскохозяйственного производства.
Теоретической основой зональных систем основной обработки почвы в севообороте служат положения, сформулированные академиком Н.М. Тулайковым, - всемерно ориентироваться на ресурсосберегающие и эффективные методы ведения хозяйства, сохранение и воспроизводство почвенного плодородия рациональное использование земли и создание условий для устойчивого сельскохозяйственного производства. Более чем полувековой опыт исследований подтвердил эти положения, которые получили своё дальнейшее развитие в работах П.К.Иванова, К.Г. Шульмейстера, Д.И. Бурова. Г.И. Казакова. А.И. Шабаева, В.А. Корчагин, И.А.Чуданова.
Основная обработка почвы, оставаясь наиболее энергоемким и продолжительным по сроку выполнения приемом в технологии возделывания зерновых культур, пока в недостаточной мере удовлетворяет требованиям максимального влагонакопления и влагосохранения, энергосбережения и не отвечает требованиям щадящего воздействия на почву и окружающую среду.
Поэтому разработка наиболее эффективных способов обработки почвы, направленных на накопление и сохранение почвенного плодородия, рост урожайности и качество зерна, снижение затрат, является актуальной.
Это позволит устранить негативные стороны постоянных, традиционных технологий и сделать их более продуктивными, экономичными и экологически безопасными. В связи с этим поиск путей минимализации основной обработки почвы без снижения урожаев сельскохозяйственных культур с учетом экологии среды имеет большое теоретическое и практическое значение. Для выявления наиболее эффективных приемов обработки почвы требуется более углубленное изучение этой проблемы в многофакторных стационарных опытах.
Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в том, чтобы установить эффективность поверхностной (минимальной) обработки почвы в сравнении с отвальной и безотвальной обработкой в регулировании плодородия чернозема выщелоченного, и выявить возможность ее минимализации в звене севооборота с занятым паром в условиях земледелия лесостепи Среднего Поволжья.
В задачу исследований входило:
- дать количественную оценку устойчивости урожайности зерновых культур в зависимости от способов обработки почвы;
- выявить влияние различных способов обработки почвы на агрофизические параметры плодородия чернозема выщелоченного, биологическую активность, питательный режим, накопление продуктивной влаги и ее расход на формирование урожайности;
- изучить видовой и количественный состав сорного компонента агрофитоценозов;
- выявить влияние способов основной и предпосевной обработки почвы на продуктивность зерновых культур в севообороте: горох, озимая пшеница, яровая пшеница, ячмень;
- определить наиболее экономически и энергетически эффективные способы основной обработки почвы в севообороте с занятым паром.
Научная новизна. Впервые на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья установлена высокая экономическая и энергетическая эффективность поверхностной обработки почвы в звене севооборота с занятым паром. Дана оценка влияния поверхностной обработки на основные агрофизические, агрохимические и агробиологические показатели плодородия чернозема выщелоченного. Изучено влияние разных способов механической обработки на количественный состав сорного компонента агрофитоценоза. Показана связь урожайности с элементами ее структуры и вклад отдельных структурных элементов в ее формирование. Установлена возможность минимализации основной и предпосевной обработки почвы в звене севооборота с занятым паром.
Практическая ценность работы. Выполненная работа по изучению эффективности приемов основной обработки почвы позволила теоретически обосновать и практически на больших площадях применять поверхностную обработку почвы, которая наиболее рационально использует биоклиматические ресурсы, повышает эффективное и стабилизирует потенциальное плодородие с наименьшими затратами, наибольшей рентабельностью и коэффициентом энергетической эффективности.
Результаты стационарных исследований и предложенные методы по оптимизации способов основной обработки почвы являются неотъемлемой частью технологии возделывания зерновых культур в севооборотах с занятым паром и предназначены для использования при разработке адаптивно-ландшафтных систем земледелия в хозяйствах различной формы собственности. На основании результатов наших исследований подготовлен ряд конкретных предложений и рекомендаций для Ульяновской области по возделыванию основных сельскохозяйственных культур в 2002-2006 гг. Практическая ценность диссертационной работы подтверждается внедрением рекомендуемых ресурсосберегающих способов обработки почвы на площади 110,0 тыс.га с годовым эффектом более 30 млн. рублей.
Апробация работы. Материалы диссертации апробированы в виде докладов: на областной межвузовской научно-практической конференции Ульяновск 2002, 2003, 2004, на Всероссийской научно-практической конференции «Адаптивные технологии производства качественного зерна в засушливом Поволжье» (Саратов, 2004), на Всероссийской научно-практической конференции «Современное развитие АПК; Региональный опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновск, 2005), в рекомендациях, научных трудах Ульяновского НИИСХ, а также на ежегодных заседаниях Ученого Совета ГНУ Ульяновский НИИСХ (2002-2006 гг.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 119 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы. Содержит 35 таблиц, 15 рисунков и 22 таблицы в приложении. Список литературы включает 235 источников отечественных и 8 – зарубежных авторов.
На защиту выносятся следующие положения: Наиболее эффективным способом основной обработки почвы в севообороте с занятым паром является поверхностная обработка почвы, проводимая комбинированными агрегатами на 8-10 см, повышающая производительность труда на 20%, сохраняющая почвенное плодородие и снижающая экологическую напряженность.
Применение поверхностной обработки почвы обеспечивает улучшение водно-физических свойств и питательного режима почвы, не приводит к увеличению засоренности посевов, что способствует снижению производственных затрат с одного гектара на 281 руб.
Проведение двукратного весеннего боронования, вместо ранее принятого весеннего боронования зяби с последующей культивацией за счет лучшего сохранения почвенной влаги в обрабатываемом слое, урожайность яровой пшеницы и ячменя не снижалась, а расход горючего и трудовые затраты сократились соответственно на 14,8 и 34,8%.
^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Условия проведения опытов и методика исследований. Исследования проводились на опытном поле лаборатории обработки почвы в Ульяновском НИИСХ в 1998-2003 годах в звене севооборота с занятым паром, развернутом во времени и пространстве, со следующим чередованием культур: горох (199-2000 гг.); озимая пшеница (2000-2001 гг.); яровая пшеница (2001-2002 гг.); ячмень (2002-2003 гг.).
Почва опытного участка представлена черноземом слабовыщелоченным тяжелосуглинистым на желто-бурой карбонатной глине. Пахотный слой характеризуется следующими показателями: гранулометрический состав почвы тяжелосуглинистый (частиц 0,01 мм – 45%). Мощность гумусового горизонта 79 см, содержание гумуса 5,2%, реакция рН водной вытяжки верхнего горизонта 7,0 вниз по профилю увеличивается до 8,1. Почвы не засолены легкорастворимыми солями, сухой остаток не превышает 0,98%.
Поставленные задачи решали в полевых опытах, заложенных по предшественнику яровая пшеница. Изучались следующие варианты основной и предпосевной обработки почвы:
I. - Для основной обработки
1. Без основной обработки
2. КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см (поверхностная)
3. Вспашка на 25 см (контроль)
4. Вспашка на 18 см
5. Обработка стойками СибИМЭ на 25 см (безотвальная)
II. – Для предпосевной обработки
1. Боронование + культивация
2. Боронование + боронование
3. Боронование
На варианте без осенней обработки весной почва обрабатывалась культиватором КПЭ-3,8 на 8-10 см с последующим наложением предпосевных обработок. Площадь делянки при основной обработке 1000 м2 (20х50), при предпосевной обработке – 200 м2 (20х10). Учетная площадь 160 м2 (20х8). Повторность четырехкратная.
Опыт проводился на двух фонах: 1 – удобренный фон; 2 – без удобрений.
На удобренном фоне одновременно с посевом озимой пшеницы и яровых культур вносились минеральные удобрения. Их дозы составили в среднем на гектар N30P30K30. Кроме того, весной посевы озимой пшеницы подкармливали азотом в дозе 30 кг д.в. В фазе кущения посевы опрыскивались гербицидом луварам, 1 л/га, 50%.
Повторность опытов четырехкратная, размещение делянок систематическое в два яруса. Для посева использовали районированные сорта – горох «Труженик», озимая пшеница «Харьковская 92», яровая пшеница «Землячка» и ячмень «Прерия».
За контроль в опытах была принята отвальная обработка почвы на 25 см. В дальнейшем при обсуждении результатов исследований последовательность вариантов сохраняется.
В полевых опытах изучали: физические свойства почвы, водный и пищевой режимы, биологическую активность, засоренность почвы и посевов, урожайность и структуру урожая, качество продукции, давали экономическую оценку изучаемых способов обработки почвы.
Наблюдения, определения и учеты проведены по общепринятым методикам: структура почвы (сухое и мокрое просеивание) определялась на приборе И.М. Бакшеева, плотность почвы – отбором проб с ненарушенным сложением с помощью режущих колец, влажность почвы – методом высушивания почвы до постоянного веса при температура +105°С, биологическая активность почвы – методом льняных полотен, содержание подвижных форм фосфора – по Чирикову, обменного калия – на пламенном фотометре по методу Чирикова, нитратного азота – по методу Грандваль-Ляжу, засоренность посевов – количественно весовым способом. При закладке опытов и проведении других исследований и наблюдений руководствовались методическими указаниями Б.А. Доспехова. Урожай учитывали сплошным обмолотом комбайном СК-5 поделяночно с приведением зерна к 14% влажность и 100% чистоте.
Математическая обработка экспериментальных данных проводилась методом дисперсионного анализа (Б.А. Доспехов, 1985) на персональном компьютере с использованием программы AGROS версия 2.06.
Расчет экономической эффективности проведен по принятым нормативам и расценкам в ОНО ОПХ «Тимирязевское».
Агрофизические свойства и динамика влажности почв. Центральное место в физике почв занимает изучение их плотности, общепринятым критерием которой считают показатели равновесной и оптимальной плотности (Н.А. Качинский, 1965, И.Б.Ревут, 1972). В обобщенной сводке данных по оптимальной плотности показаны значительные различия этого параметра для разных культур, что определяется не только различной реакцией растений, но и почвенно-климатическими условиями природных зон. Применительно к объекту наших исследований оптимальная плотность, по сообщению Г.И. Казакова (1997), под посевами зерновых культур составляет от 0,98 до 1,2 г/см3, гороха - 1-1,1 г/см3. Озимые зерновые лучше развиваются на более плотной почве (1,2 г/см3). Н.К. Шикула, Г.В. Назаренко (1990) указывают, что избыточная плотность ухудшает ее водный режим, препятствует росту корней, ослабляет интенсивность биохимических процессов и нитрификационной способности. В чрезмерно рыхлой почве усиливаются потери влаги, нарушается прочный контакт корней с почвой, что вызывает непомерно большое их развитие в ущерб надземной части урожая.
Как показали наши исследования, способы основной обработки почвы оказали неоднозначное воздействие на плотность сложения. К тому же сами культуры оказывают также неодинаковое влияние на агрофизическое состояние почв.
В начале исследований в посевах гороха по всем способам основной обработки плотность почвы в слое 0-30 см была оптимальной и находилась в пределах от 1,00 до 1,06 г/см3. Верхнем 0-10 см слое почвы на вариантах поверхностной обработки на 8-10 см комбинированным агрегатом КПШ+БИГ-3А и по вспашке плугом на 18 см произошло некоторое разуплотнение почвы, которое составляло 0,98 г/см3, а на других варианта оно было равно 1,00-1,04 г/см3.
На последней культуре в звене севооборота ячмене наблюдалось уплотнение почвы по всем вариантам опыта. Наиболее заметное уплотнение произошло на вариантах без осенней обработки и на варианте с поверхностной обработкой на 8-10 см, где плотность 0-30 см слоя составила 1,29-1,30 г/см3. На других вариантах основной обработки почвы находилась в пределах 1,20-1,23 г/см3 (табл. 1).
Таблица 1
Изменение плотности сложения пахотного слоя почвы
в зависимости от способов основной обработки (г/см3)
| Вариант | Слои почвы, см | |||
| 0-10 | 10-20 | 20-30 | 0-30 | |
| В начале опыта – горох | ||||
| Без основной обработки | 1,04 | 1,07 | 1,09 | 1,07 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см | 0,98 | 1,11 | 1,08 | 1,06 |
| Вспашка на 25 см | 1,04 | 0,99 | 1,10 | 1,04 |
| Вспашка на 18 см | 0,98 | 1,10 | 1,10 | 1,06 |
| Ст. СибИМЭ на 25 см | 1,00 | 1,04 | 0,96 | 1,00 |
| В конце опыта – ячмень | ||||
| Без основной обработки | 1,23 | 1,35 | 1,32 | 1,30 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см | 1,27 | 1,30 | 1,30 | 1,29 |
| Вспашка на 25 см | 1,15 | 1,25 | 1,29 | 1,23 |
| Вспашка на 18 см | 1,17 | 1,24 | 1,19 | 1,20 |
| Ст. СибИМЭ на 25 см | 1,15 | 1,25 | 1,29 | 1,23 |
Такие показатели плотности почвы создают благоприятные условия для продукционного процесса возделываемых зерновых культур и гороха и формирования урожая. К тому же такие показатели плотности создают предпосылки для минимализации обработки почвы по глубине и кратности.
Структурно-агрегатный состав. В наших опытах, как показало сухое просеивание, чернозем выщелоченный характеризуется отличным структурным состоянием под влиянием всех способов обработки почвы. В начале исследований, при возделывании гороха, агрегаты размером 0,25-10 мм составляли по вариантам опыта от 80,0 до 84,8% массы почва. Распыленных почвенных частиц (меньше 0,25 мм) содержалось при вспашке на 25 см 17%, безотвальной – 13,5%, а при поверхностной – 10,1%. Намного ниже оказалось глыбистого материала 1,6-5,1% по вариантам обработки почвы.
В конце исследований, при возделывании ячменя, содержание агрономически ценных агрегатов по всем способам обработки почвы сопровождалось дальнейшим увеличением. При этом наибольшее их количество наблюдалось на вариантах без основной обработки, минимальной и безотвальной обработках. Их количество составляло 90,1-91,8%, что соответствует очень хорошему структурному состоянию. Однако нельзя не отметить резкое снижение пылеватой фракции до 3,0-4,3%. За счет этого доля глыбистой фракции увеличилась от 4,9 до 7,3%.
Наилучшая агрегация пахотного слоя на вариантах без основной обработки и поверхностной обработки обеспечила увеличение коэффициента структурности на 1,5-3,6 единиц по сравнению с контролем. Высокие показатели структуры почв и коэффициента структурности были также созданы на варианте с обработкой почвы стойками СибИМЭ на 25 см.
Так при возделывании гороха содержание водопрочных агрегатов составляло в пахотном слое от 63,8% по вспашке на 25 см до 66,0% по поверхностной обработке. В слое 10-20 см водопрочных агрегатов на вариантах со вспашкой было 62,2-63,1%, тогда как на варианте без осенней обработки 66,7%. Это говорит о том, что вспашка приводит к уменьшению водопрочных агрегатов (табл. 2).
Таблица 2
Влияние способов обработки почвы на содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм,%
| Варианты обработки почвы | Слой почвы, см | |||
| 0-10 | 10-20 | 20-30 | 0-30 | |
| Горох (1999-2000 гг.) | ||||
| Без основной обработки | 64,7 | 66,7 | 64,9 | 65,4 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см (поверхностная) | 65,9 | 65,9 | 66,4 | 66,0 |
| Вспашка на 25 см | 64,4 | 63,1 | 64,1 | 63,8 |
| Вспашка на 18 см | 67,6 | 62,2 | 63,2 | 64,3 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см (безотвальная) | 66,1 | 65,0 | 66,3 | 65,8 |
| Ячмень (2002-2003 гг.) | ||||
| Без основной обработки | 78,8 | 77,9 | 81,6 | 79,4 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см (поверхностная) | 83,9 | 80,8 | 79,8 | 81,5 |
| Вспашка на 25 см | 81,7 | 81,0 | 85,2 | 82,6 |
| Вспашка на 18 см | 82,2 | 82,6 | 85,5 | 83,4 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см (безотвальная) | 75,2 | 80,8 | 80,7 | 78,9 |
На последней культуре севооборота – ячмене, общее содержание водопрочных агрегатов значительно возросло, что не позволило выделить преимущество какого-либо способа обработки почвы. В слое 10-20 см заметных различий по вариантам обработки в содержании водопрочных агрегатов не обнаружено, тогда как в слое 0-10 см на вариантах без обработки и безотвальной обработки произошло явное уменьшение таких агрегатов на 5,1 и 8,7% по сравнению с поверхностной обработкой. По другим вариантам эти различия были несколько меньше.
Динамика влажности почвы и формирование ресурсов влаги. Обработке почвы отводится большая роль в накоплении ресурсов влаги и ее использовании на формирование урожая. Как свидетельствуют данные литературы, глубина и способы обработки почвы имеют неоднозначную влагонакопительную и влагосберегающую эффективность, что во многом определяется зональными особенностями земледелия.
Анализ режима влажности почвы показывает, что формирование влагозапасов перед посевом гороха, яровой пшеницы, ячменя и возобновлением весенней вегетации озимой пшеницы в большей степени зависит от количества выпадающих осадков в зимний период. При возделывании гороха лучшая влагозарядка почвы отмечалась на вариантах с минимальной обработкой и вспашкой на 25 см. При размещении яровой пшеницы после озимых преимущество во влагонакоплении имела вспашка на 25 см. При возделывании ячменя существенных различий в накоплении запасов продуктивной влаги по вариантам опыта не было выявлено. Можно говорить о тенденции к большему влагонакоплению на варианте вспашки на 25 см и минимальной обработки почвы. За эти годы вспашка почвы на 25 см уступала минимальной обработке комбинированным агрегатом. При этом на 1 ц зерна расход влаги в среднем за пять лет по минимальной обработке составил 8,5 мм, а по вспашке – 8,9 мм. Между тем количество зерна на 1 мм влаги на втором варианте было самым высоким и составило 11,8 кг, что больше чем по вспашке на 0,6 кг (табл. 3).
Таблица 3
Расход влаги на формирование урожайности культур в звене севооборота в зависимостьи от способов обработки почвы (1999-2003 гг.)
| Варианты опыта | Расход влаги, мм | Расход влаги, мм на 1 ц зерна | Получено зерна, кг на 1 мм влаги |
| Без основной обработки | 228,8 | 9,4 | 10,5 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см | 237,7 | 8,5 | 11,8 |
| Вспашка на 25 см | 257,5 | 8,9 | 11,2 |
| Вспашка на 18 см | 234,8 | 8,9 | 11,2 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см | 240,0 | 8,5 | 11,8 |
Пищевой режим и биологическая активность почвы. Почва является биологической системой, и все процессы превращения веществ в ней определяются жизнедеятельностью микроорганизмов. Питание полевых культур и продукционный процесс растений напрямую связаны с активностью микробиологической трансформации питательных веществ из недоступных форм в растворимое состояние.
В посевах гороха биологическая активность почвы в значительной степени изменялась по вариантам обработки. Самый низкий процент разложения льняной ткани был на варианте со вспашкой на 25 см как на удобренном, так и на неудобренном фонах (табл. 4).
Таблица 4
Разложение клетчатки (%) в пахотном слое в зависимости от способов основной обработки почвы по культурам звена севооборота
| Варианты обработки почвы | Горох 1999- 2000 гг. | Озимая пшеница 2000- 2001 гг. | Яровая пшеница 2001- 2002 гг. | Ячмень 2002-2003 гг. | Среднее |
| Без основной обработки | 74,0 | 55,3 | 24,2 | 26,6 | 45,0 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см | 69,8 | 56,2 | 28,2 | 29,2 | 46,0 |
| Вспашка на 25 см | 56,5 | 57,3 | 23,8 | 26,6 | 41,1 |
| Вспашка на 18 см | 70,1 | 53,1 | 29,1 | 29,5 | 45,4 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см | 68,7 | 60,1 | 23,6 | 26,4 | 44,7 |
После возделывания гороха и озимой пшеницы на всех вариантах обработки наблюдалось менее интенсивное разложение льняной ткани. В среднем за изучаемые годы наименьший процент разложения клетчатки в 0-30 см слое был на варианте со вспашкой на 18 см и составил 53,1%. На варианте поверхностной обработки почвы комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см разложилось 56,2%. Самый высокий процент разложения клетчатки – 60,1 был на варианте, обработанном стойками СибИМЭ на 25 см.
При возделывании яровой пшеницы и ячменя исследования показали, что в условиях жаркой погоды при дефиците почвенной влаги в пахотном слое процесс разложения льняной ткани проходил очень медленно. Наилучшим был вариант, где проводилась обработка комбинированным агрегатом КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см.
В эти годы наблюдалось затухание биологической активности почвы из-за острого дефицита влаги и высокой температуры окружающей среды. Льняная ткань практически была законсервированной в почве, и ее разложение в слое 0-30 см изменялось на удобренном фоне от 28,5 (вспашка на 25 см) до 35,0 (КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см). В местах лучшего увлажнения разложение льняной ткани было более интенсивным. Особенно слабое разложение льняной ткани наблюдалось в 2002 году в слое 0-10 см по безотвальной обработке на 25 см и без осенней обработки (25,7-26,3%). С глубиной активность несколько возрастала.
В наших опытах было отмечено неоднозначное влияние способов обработки почвы на содержание доступных форм NPK в пахотном слое. Так содержание нитратного азота под посевами гороха меньше изменялось по вариантам основной обработки почвы, чем по годам, что связано с разным уровнем интенсивности нитрификационных процессов. Если после посева гороха в 2000 году содержание нитратного азота по вариантам опыта было, соответственно, 2,54-7,86 мг/100 г почвы, то в 1999 г. – 2,60-3,56 мг/100 г почвы.
При возделывании озимой пшеницы практически во все годы исследований содержание нитратного азота в последействии на вариантах поверхностной обработки почвы было заметно больше, чем в почве, вспаханной на 25 см.
При возделывании яровой пшеницы и ячменя изменения питательного режима были примерно одинаковые. Существенных различий в накоплении NO3, Р2О5 и К2О по вариантам опыта не было обнаружено. В среднем за годы исследований несколько выделялся вариант поверхностной обработки почвы по содержанию питательных элементов. Следует также отметить позитивное влияние на содержание доступных форм элементов питания на варианте вспашки на 25 см. Обеспеченность Р205 для формирования яровой пшеницы и ячменя выше, чем К2О.
Прослеживая динамику элементов минерального питания под посевами яровой пшеницы и ячменя, следует отметить, что она была неоднозначной по годам исследований. Под посевами яровой пшеницы содержание питательных веществ в почве в среднем за 2 года было крайне недостаточно для формирования высокого урожая. Внесенная стартовая доза минеральных удобрений (аммофос – 60 кг/га туков), увеличила их содержание весной всего на 0,6-1,04 мг/100 г почвы. Сухая и жаркая погода в течение вегетационного периода не способствовала мобилизации подвижных форм из почвы. В результате этого содержание нитратного азота в почве после уборки урожая было очень низкое как на удобренном, так и на неудобренном фоне.
В конечном итоге все это отрицательно сказалось не только на урожае, но и на качестве полученного зерна.
Сорный компонент агрофитоценозов и его структура в зависимости от способов обработки почвы. Сорные растения характеризуются высоким воспроизводительным потенциалом, что в условиях малоэффективных мер борьбы с засоренностью полей привело к насыщению пахотного и подпахотного слоев почвы зачатками их размножения.
Способы основной и предпосевной обработки почвы имели различное влияние на численность и массу сорняков (табл. 5).
Таблица 5
Засоренность посевов в звене севооборота (перед уборкой) в зависимости от способов основной и предпосевной обработки почвы (1999-2003 гг.)
| Варианты обработки почвы | Удобренный фон | Неудобренный фон | |||
| осенью | весной | шт./м2 | г/м2 | шт./м2 | г/м2 |
| Без обработки | б б + к б + б | 15,5 15,6 13,9 | 22,8 25,9 27,0 | 16,9 19,5 16,5 | 24,5 27,4 25,6 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см | б б + к б + б | 15,8 15,7 16,3 | 21,7 23,4 32,6 | 16,7 17,6 17,6 | 23,7 25,1 28,9 |
| Вспашка на 25 см | б б + к б + б | 12,7 10,8 12,5 | 19,1 19,0 19,7 | 13,6 11,2 13,3 | 19,1 19,1 20,6 |
| Вспашка на 18 см | б б + к б + б | 12,6 10,4 12,2 | 18,0 16,0 18,0 | 12,7 11,8 13,3 | 20,2 20,6 26,5 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см | б б + к б + б | 12,5 12,8 12,3 | 19,3 24,0 24,2 | 12,9 14,8 15,8 | 19,1 21,0 23,3 |
В составе сорного компонента агрофитоценозов преобладали малолетние сорняки. А многолетников наблюдалось мало и на некоторых вариантах они не были отмечены. Общее количество сорных растений не превышало экономические пороги вредоносности, то есть тот уровень засоренности, при котором затраты на подавление сорняков окупаются прибавкой урожая.
В среднем за изучаемые годы в звене севооборота на вариантах безотвальной, поверхностной и без осенней обработки засоренность культур незначительно увеличилась по сравнению со вспашкой на 18 и 25 см. Засоренность как по численности сорняков, так и по их массе оставалась практически на одном уровне. Минимализация предпосевной обработки по сравнению с традиционной весенней обработкой также не ухудшает состояние посевов по засоренности.
Изменение урожайности культур в зависимости от способов обработки почвы. Главным показателем эффективности способов обработки почвы является урожайность. Уровень урожайности определяется действием и взаимодействием факторов жизни растений, которые в определенной мере регулируются также и обработкой почвы.
В наших опытах урожайность гороха сильно изменялась по годам. Этот факт можно объяснить различными условиями влагообеспеченности посевов. Максимальная урожайность гороха в среднем за 2 года получена по вспашке и безотвальной обработке на 25 см с двухкратным ранневесенним боронованием соответственно 2,54 т/га. Поверхностные обработки почвы имели близкие показатели урожайности гороха, но несколько ниже.
Последействие поверхностной обработки почвы под горох не оказало отрицательного влияния на формирование урожайности озимой пшеницы. По сравнению с бессменной вспашкой в среднем за 2 года урожайность зерна озимой пшеницы была выше на 3 ц/га, что создает предпосылки для ее применения в производстве.
Корреляционно-регрессионный анализ показал тесную связь урожайности озимой пшеницы (у, т/га) с запасами продуктивной влаги перед возобновлением весенней вегетации (х, мм):
у = 0,0024х2 – 0,951х + 97,605; R2 = 0,8635.
Как показывает коэффициент детерминации, 86% урожайности вызваны изменениями запасов продуктивной влаги в почве перед возобновлением весенней вегетации. Уравнение регрессии позволяет прогнозировать возможный урожай уже в весенний период.
В наших опытах урожайность яровой пшеницы изменялась по годам в зависимости от влагообеспеченности посевов. На формирование урожайности оказали влияние также способы обработки почвы, улучшая или ухудшая условия развития растений, в том числе влагообеспеченность посевов.
В среднем за 2 года максимальная урожайность яровой пшеницы получена по безотвальной основной обработке – 2,78 т/га. На варианте со вспашкой на 25 см и поверхностной обработке урожайность была ниже на 0,05-0,16 ц/га. Уменьшение глубины основной обработки почвы сопровождается уменьшением урожайности яровой пшеницы до 2,24 т/га (табл. 6).
Таблица 6
Сбор зерна за ротацию севооборота по способам обработки почвы, т/га
| Варианты | Горох 1999- 2000 гг. | Озимая пшеница 2000- 2001 гг. | Яровая пшеница 2001- 2002 гг. | Ячмень 2002- 2003 гг. | По звену в среднем |
| Без основной обработки | 2,24 | 3,36 | 2,24 | 2,36 | 2,55 |
| КПШ-5+БИГ-3А на 8-10 см | 2,31 | 3,56 | 2,62 | 2,70 | 2,80 |
| Вспашка на 25 см | 2,54 | 3,57 | 2,73 | 2,76 | 2,90 |
| Вспашка на 18 см | 2,42 | 3,52 | 2,35 | 2,70 | 2,75 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см | 2,54 | 3,57 | 2,78 | 2,77 | 2,92 |
Максимальное количество белка было в зерне яровой пшеницы, выращенной по поверхностной основной обработке почвы. На этом же варианте получено зерно яровой пшеницы с более высоким содержанием клейковины –19,2%, а также показателем качества клейковины по ИДК 75,5%. На вариантах отвальной и безотвальной обработки на 25 см зерно яровой пшеницы незначительно уступало по качеству. Выявлена сопряженность между содержанием белка и клейковины. С увеличением содержания белка растет содержание клейковины в зерне пшеницы. Однако существенной разницы в содержании белка и клейковины по вариантам опыта выявлено не было.
Рис. 1. Зависимость урожайности в среднем по звену от
суммарного расхода влаги за вегетационный период.
Урожайность ячменя, возделываемого после яровой пшеницы, в значительной степени зависела от сложных погодных условий осеннего и весеннего периодов. При основной обработке почвы в осенний период отвальными и безотвальными плугами на 25 см получена одинаковая урожайность ячменя. Уменьшение глубины основной обработки почвы до 15 см, проводимое различными орудиями, не снизило урожайность как на удобренном, так и неудобренном фонах.
На варианте, где в осенний период не проводилось никакой обработки почвы, было получено ячменя меньше на 4,0 ц/га на удобренном фоне и на 1,4 ц/га на неудобренном фоне.
Преимущество минимальной обработки почвы подтверждается и основными элементами структуры урожая. Количество всходов и сохранившихся растений здесь было больше на 3-52 шт./м2, а масса 1000 зерен – на 0,4-0,8 г по сравнению с контролем.
Корреляционно-регрессионный анализ урожайности по звену севооборота (у, т/га) показал тесную связь её с суммарным расходом влаги (х, мм) от посева до созревания, что показано на графике (рис. 1) уравнением регрессии. При этом, как показывает коэффициент детерминации, почти 91% изменений урожайности было вызвано фактором влагообеспеченности.
Экономическая и энергетическая эффективность основной и предпосевной обработки почвы в звене севооборота. Анализируя экономическую эффективность возделывания культур в звене севооборота с занятым паром, следует отметить, что по вспашке и обработке стойками СибИМЭ на 25 см при двухкратном весеннем бороновании получена самая высокая урожайность сельскохозяйственных культур, которая составила соответственно 2,90 и 2,92 т/га (табл. 7). Несколько ниже собрано зерна за ротацию севооборота по вспашке на 18 см и обработке КПШ-5 на 8-10 см (2,75-2,80 т/га). Значительно ниже по урожайности был вариант без осенней обработки – 2,55 т/га. Однако по вспашке отмечены самые высокие показатели по производственным затратам и себестоимости одного центнера продукции. Поверхностная обработка на 8-10 см снизила производственные затраты с одного гектара на 281 руб., а себестоимость 1 ц продукции на 5,9 руб. по сравнению со вспашкой на 25 см плюс двухкратное весеннее боронование. При этом затраты техногенной энергии при минимальной обработке снизились на 23,8%, расход горючего сократился с 21,0 до 6,8 кг/га (более чем в три раза), а коэффициент энергетической эффективности повысился на 16,7%.
Проведенные расчеты оценки агроэнергетической эффективности способов обработки почвы показали, что при возделывании сельскохозяйственных культур в звене севооборота затраты техногенной энергии на фоне отвальной обработки почвы составили 35,0 тыс.МДж/га, на фоне безотвальной обработки 34,0; минимальных обработках 31,0-33,0 и без осенней обработки соответственно 29,8 тыс.МДж/га. Как видим, глубокие обработки почвы, как отвальная так и безотвальная, сопряжены с большими энергозатратами. Выяснилось, что в большинстве вариантов накопление энергии в урожае компенсирует затраты техногенной энергии. Однако максимальная отдача затрат с учетом энергии, накопленной в биомассе, была на варианте мелкой осенней обработки орудием КПШ-5 на 8-10 см. Здесь коэффициент энергетической эффективности был самым высоким по всем предпосевным обработкам. Таким образом, максимальная отдача затрат техногенной энергии выращенным урожаем получена на варианте поверхностной обработки почвы с двукратным весенним боронованием.
Таблица 7
Эффективность способов обработки почвы
в звене севооборота (1999-2003 гг.)
| Варианты | Урожай-ность, т/га | Затраты техногенной энергии, тыс.Мдж/га | Коэффициент энергетической эффективности | Расход горючего, кг/га | |||
| всего | на обработку почвы | на основную обработку | на предпосевную обработку | всего | |||
| Без осенней обработки | 2,55 | 29,8 | 3,16 | 4,02 | - | 7,0 | 7,0 |
| КПШ-5 + БИГ-3А на 8-10 см | 2,80 | 31,0 | 3,58 | 4,05 | 6,8 | 5,4 | 12,2 |
| Вспашка на 25 см | 2,90 | 35,6 | 4,70 | 3,47 | 21,0 | 5,4 | 26,4 |
| Вспашка на 18 см | 2,75 | 33,0 | 3,94 | 3,74 | 15,0 | 5,4 | 20,4 |
| Ст.СибИМЭ на 25 см | 2,92 | 34,0 | 3,88 | 3,50 | 19,0 | 5,0 | 24,0 |
Заслуживают внимания и экономические показатели минимализации предпосевной обработки почвы. Так, вместо ранее принятого весеннего боронования зяби с последующей культивацией, проведение двухкратного боронования за счет лучшего сохранения почвенной влаги в обрабатываемом слое почвы, урожайность яровой пшеницы и ячменя не снижалась, а расход горючего и трудовые затраты сократились соответственно на 14,8 и 34,8%.
ВЫВОДЫ
1. Чернозем выщелоченный лесостепи Поволжья в силу генетических особенностей обладает достаточно высокой оструктуренностью пахотного слоя: количество агрономически ценных агрегатов составляет более 66%. Изучаемые способы обработки почвы незначительно влияли на общее содержание агрегатов размером от 0,25 до 10 мм. Следует отметить, что в слое 0-10 см на вариантах без весенней обработки и безотвальной обработки произошло уменьшение таких агрегатов на 5,1 и 8,7% по сравнению с поверхностной обработкой. По другим вариантам эти различия были несколько меньше.
2. В агроландшафтных системах земледелия возрастает агроэкологическая роль почвозащитных способов основной обработки почвы в создании оптимальных агрофизических, агрохимических и биологических свойств и фитосанитарного состояния посевов. В условиях плакорно-равнинного типа агроландшафта лесостепи Среднего Поволжья выявлено преимущество поверхностной обработки почвы в пожнивный период комбинированными агрегатами за счет меньшего распыления обрабатываемого слоя, уничтожения сорняков, сохранения остаточной влаги улучшали качество основной обработки почвы, обеспечивали увеличение количества водопрочных агрегатов на 1,5-2,2% и повышение биологической активности почвы на 1,8-4,9%.
3. Поверхностная обработка положительно влияла на плотность сложения пахотного слоя почвы. За изучаемые годы на всех вариантах обработки почвы плотность пахотного слоя была в пределах оптимальных значений как для озимой пшеницы, так и для яровых культур. В начале исследований она находилась в пределах от 1,00 до 1,06 г/см3, а в конце исследований произошло некоторое уплотнение на вариантах без осенней обработки и поверхностной обработке где плотность составила 1,29-1,30 г/см3.
4. Наибольшую эффективность во влагонакоплении имеют способы обработки почвы, способствующие аккумуляции влаги в осенне-зимний и весенний периоды. Безотвальная на глубину 25 см и поверхностная на 8-10 см (осенью) обработки почвы имели преимущество в содержании почвенной влаги перед вспашкой. Расход влаги на формирование одного центнера зерна составил 8,5 мм при 8,9 мм по вспашке, а также получено зерна на 1 мм влаги было больше на 0,6 кг.
5. На вариантах с поверхностной обработкой почвы в звене севооборота с занятым паром содержание нитратного азота по срокам наблюдений не снижалось или снижалось в меньшей степени по сравнению с вариантом зяблевой вспашки на 25 см. Ко времени уборки количество нитратного азота по всем изучаемым вариантам уменьшалось, а разница между ними несколько сглаживалась. Содержание подвижного фосфора и обменного калия при различных способах обработки почвы в севообороте было достаточно высоким и к уборке практически выравнивалось.
6. Применение минеральных удобрений под все культуры звена севооборота по всем вариантам способствовало увеличению урожайности. Прибавка от применения удобрений в среднем в звене севооборота составила 0,6-0,8 т/га. Наибольшая прибавка от удобрений 29% достигнута при поверхностной обработке почвы, что выше контроля на 6%, т.е. ресурсосберегающая обработка повышала эффективность вносимых минеральных удобрений.
7. Более высокую экономическую эффективность возделывания зерновых культур в звене севооборота с занятым паром обеспечивала поверхностная обработка, которая без снижения урожайности позволила на 22% уменьшить трудовые, энергетические и материально-денежные затраты. Затраты техногенной энергии снизились на 23,8%, расход горючего на основную обработку почвы сократился с 21,0 до 6,8 кг/га, а коэффициент энергетической эффективности повысился на16,7%. Это позволило при той же численности механизаторов на треть ускорить проведение зяблевой обработки, провести ее в оптимальные агротехнические сроки, более продуктивно использовать местные почвенно-климатические ресурсы.
8. Систематическое изучение способов обработки почвы показывает высокую зависимость показателей плотности сложения пахотного слоя и запасов продуктивной влаги от продуктивности звена севооборота с занятым паром. Корреляционно-регрессионный анализ показал тесную связь урожайности звена севооборота и суммарного расхода влаги за вегетационный период. Как показывает коэффициент детерминантности, 90% урожайности вызваны изменениями запасов продуктивной влаги в почве. Поэтому способы обработки почвы, направленные на создание корнеобитаемого слоя с оптимальными агрофизическими и водно-физическими свойствами, являются одним из основных факторов повышения урожайности зерновых культур.
9. Замена предпосевной культивации двукратным боронованием обеспечила рост урожайности яровой пшеницы и ячменя, тогда как однократное боронование снизило их продуктивность, особенно на варианте без осенней обработки. При этом расход горючего снизился на 14,87%, а трудовые затраты сократились на 34,8%.
^ ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
На выщелоченных черноземах лесостепи Среднего Поволжья в звене севооборота с занятым паром рекомендовать осенью под яровые зерновые культуры, наряду с традиционной вспашкой на 25 см, использование поверхностной обработки на 8-10 см, проводимой орудиями КПШ-5+БИГ-3А или современными комбинированными агрегатами АПК-3, ОПО-4,25, КПИР-6,8, как малозатратную ресурсосберегающую обработку почвы, обеспечивающую максимальный выход энергии с основной и побочной продукции.
На полях, вспаханных в осенний период, весной под посев яровой пшеницы и ячменя вместо весеннего боронования плюс культивация проводить двукратное весеннее боронование, что сократит расход горючего на весенних полевых работах на 15% и снизит трудовые затраты на 35%.
^ СПИСОК РАБОТ,
ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Якунин А.И. Минимализация способов обработки почвы. /А.И.Якунин// Пути повышения эффективности растениеводства Ульяновской области. Рекомендации – Ульяновск, 2005. – с. 17…22.
2. Якунин А.И. Использование современных технологических комплексов в Ульяновской области /А.И.Якунин, К.И. Карпович , Н.С. Немцев // Пути повышения эффективности растениеводства Ульяновской области. Рекомендации – Ульяновск, 2005. – с. 22…24.
3. Якунин А.И. Экономическая и энергетическая эффективность звена севооборота в зависимости от способов обработки почвы /А.И. Якунин // Основные итоги и инновационные разработки института. Научные труды – Ульяновск, 2005. – с. 56…59.
4. Якунин А.И. Эффективность минимальной обработки почвы в севообороте /А.И. Якунин //Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы. Материалы Всероссийской научно-практической конференции – Ульяновск, 2005. – с. 205…210.
5. Якунин А.И. Минимализация способов обработки почвы /А.И. Якунин // Практические советы по повышению урожайности сельскохозяйственных культур в современных условиях. Ульяновск, 2006. – с. 32…33.
6. Карпович К.И. Совершенствование обработки почвы в лесостепи Поволжья /К.И. Карпович, А.И. Якунин //Земледелие. – 2006. - № 4. – с. 21-22.