Приемы повышения продуктивности многолетних трав и их влияние на плодородие почв в условиях Нижнем Поволжье
| Вид материала | Автореферат |
СодержаниеТяжёлые металлы в почве и растениях Биоэнергетическая и экономическая эффективность |
- «Общее земледелие», 472.74kb.
- Концепция мелиорации земель в комплексе: плодородие, земледелие, мелиорация, экология, 191.17kb.
- Создание многолетних фитоценозов на основе многолетних злаковых культур в условиях, 316.41kb.
- Особенности технологии возделывания многолетних трав на корм в сопочно-равнинной зоне, 63.49kb.
- Рабочая программа обучающего семинара «Эффективные приемы сохранения и повышения плодородия, 67.18kb.
- Программа вступительного экзамена в магистратуру, 315.49kb.
- Влияние препарата «байкал эм-1» на основные показатели продуктивности озимой пшеницы,, 158.85kb.
- Программа вступительных испытаний по «Почвоведению» Направление подготовки 021900 почвоведение, 322.74kb.
- Ресурсосберегающие технологические приёмы и способы повышения продуктивности молочного, 720.02kb.
- Исторический опыт формирования регионального аппарата государственного управления, 367.69kb.
^ ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВЕ И РАСТЕНИЯХ
По нашим исследованиям (Литвинов Е.А., Киричкова И.В., 2004-2007 гг.) почвенный покров может выполнять различные функции: биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных техногенных загрязнений. Одновременно, при определённых климатических условиях, почва может служить и вторичным источником загрязнения за счёт хозяйственной деятельности.
Зона исследований характеризуется очень слабой изученностью вопроса о содержании ТМ в почвах, есть только фрагментальные данные о содержании ТМ в продукции зерновых культур в зависимости от предшественников (Кононов М.В., 1999).
В опытах нами определялись наиболее доступные растениям ТМ, которые, на наш взгляд, значительнее адсорбируются на южных чернозёмах – медь, цинк, свинец, кадмий.
Содержание загрязняющих веществ определяли на глубине 0-0,2 м. Для сопоставления полученных данных использовали значения ПДК исследуемых загрязняющих веществ. На аккумуляцию тяжёлых металлов растениями влияет комплекс факторов, важнейшими среди них являются видовые особенности, величина техногенной нагрузки, технология возделывания.
Как показали исследования, изучаемые тяжелые металлы распределены под многолетними травами достаточно равномерно, и их содержание в пахотном слое почвы (0-0,20 м) не превышает ПДК и имеет устойчивую тенденцию к их уменьшению с увеличением продолжительности использования многолетних трав (табл. 16).
Так, содержание меди под посевами в конце второго года жизни составило 25,6 мг/кг сухой почвы, в конце четвертого года жизни этот показатель снизился до 21 мг/кг.
Рис. 8. Содержание тяжёлых металлов в надземной массе многолетних трав в зависимости от продолжительности использования, мг/кг сухой массы
(среднее за 1993 – 2005 гг.)
Отмеченная закономерность по снижению содержания меди отмечалась и под эспарцетом и кострецом. Отмечалось также снижение содержания в почве к концу четвертого года также цинка, свинца и кадмия. Так, содержание меди под посевами в конце второго года жизни составило 25,6 мг/кг сухой почвы, в конце четвертого года жизни этот показатель снизился до 21 мг/кг. Отмеченная закономерность по снижению содержания меди отмечалась и под эспарцетом и кострецом. Отмечалось также снижение содержания в почве к концу четвертого года также цинка, свинца и кадмия.
На аккумуляцию тяжёлых металлов растениями, как показали исследования, влияет целый комплекс факторов. В зоне южных чернозёмов Волгоградской области природные и техногенные ТМ накапливаются в фитомассе изученных трав. Это правомерно для всех определяемых ТМ (табл. 17).
Таблица 16 – Содержание тяжёлых металлов в пахотном слое почвы под многолетними травами в зависимости от продолжительности
использования, мг/кг сухой почвы
| Культуры | Второго года (среднее за 2004-2006 гг.) | Четвёртого года (среднее за 2006-2007 гг.) | ||||||
| Cu | Zn | Pb | Cd | Cu | Zn | Pb | Cd | |
| Люцерна | 25.6 | 40.1 | 10.6 | 0.60 | 21.3 | 37.3 | 9.8 | 0.58 |
| Эспарцет | 23.4 | 41.3 | 10.8 | 0.62 | 20.7* | 37.8* | 9.6* | 0.60* |
| Кострец | 29.3 | 39.7 | 10.1 | 0.60 | 27.1 | 35.4 | 9.3 | 0.60 |
| - на травостоях третьего года; ПДК: медь – 55,0 мг/кг; цинк – 100 мг/кг; свинец – 30 мг/кг; кадмий – 3-5 мг/кг. | ||||||||
Таблица 17 – Содержание тяжёлых металлов в надземной массе
многолетних трав в зависимости от продолжительности
использования мг/кг сухой массы
| Культуры | Второго года (среднее за 2004-2006 гг.) | Четвёртого года (среднее за 2006-2007 гг.) | ||||||
| Cu | Zn | Pb | Cd | Cu | Zn | Pb | Cd | |
| Люцерна | 13,7 | 16,1 | 0,26 | н/о | 12,1 | 18,4 | 0,38 | н/о |
| Эспарцет | 12,3 | 12,7 | 0,30 | н/о | *10,2 | *16,3 | *0,36 | *н/о |
| Кострец | 14,6 | 18,6 | 0,29 | н/о | 13,3 | 21,4 | 0,56 | н/о |
| * - на травостоях третьего года | ||||||||
Обобщая полученные результаты, можно заключить, что изученные виды характеризуются довольно ровным по варьированию и достаточно высоким содержанием меди в надземной биомассе (10,2 - 14,6 мг/кг), при ПДК по меди для растений 15,0 - 20,0 мг/кг. Незначительно все виды различаются по содержанию Zn и Pb, но эти показатели не выходят за пределы значений по ПДК для этих элементов.
^ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ВОЗДЕЛЫВАНИЯ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ
По результатам проведённых исследований был сделан энергетический анализ и дана биоэнергетическая оценка изученных вариантов с использованием методик ВАСХНИЛ (1983, 1986), Волгоградской ГСХА (2000).
При двухлетнем использовании люцерны при орошении Кээ достигал от 4,10 (контроль) до 4,20 (навоз + солома). При трёхлетнем сроке использования Кээ повышался до 4,13 (контроль) и 4,42 на варианте навоз 60 т/га + солома 10 т/га.
Возделывание многолетних трав в богарных условиях в травосмеси обеспечивает Кээ от 5,59 (контроль) до 6,30 (N30). При оценке способов основной обработки Кээ изменялся от 5,51 до 6,27, более высоким Кээ был по поверхностной обработке (табл.18).
Таблица 18-Биоэнергетическая эффективность возделывания многолетних трав в зависимости от способов основной обработки почвы
при 3-летнем использовании(2003-2006гг.)
| Показатели | люцерна | эспарцет | кострец | ||||||
| Отвальная вспашка | Безотвальное рыхление | Поверхностная обработка | Отвальная вспашка | Безотвальное рыхление | Поверхностная обработка | Отвальная вспашка | Безотвальное рыхление | Поверхностная обработка | |
| Суммарная урожайность зеленой массы за 3 года,т/га | 56,5 | 52,8 | 49,7 | 51,5 | 50,2 | 47,1 | 51,8 | 50,6 | 48,6 |
| Выход сухого вещества,т/га | 15,4 | 14,4 | 13,6 | 14,1 | 13,7 | 12,9 | 14,2 | 13,8 | 13,3 |
| Содержание энергии в урожае, МДЖ/га | 255640 | 239040 | 225760 | 234060 | 227420 | 214140 | 235720 | 229080 | 220780 |
| Затраты совокупной энергии, МДЖ/га | 41300 | 38130 | 36000 | 41750 | 39050 | 37140 | 41510 | 38730 | 36800 |
| Приращивание валовой энергии, МДЖ/га | 214340 | 200910 | 187760 | 192310 | 188370 | 177000 | 194210 | 190350 | 183980 |
| Коээфициент энергетической эффективности | 6,18 | 6,27 | 6,27 | 5,60 | 5,82 | 5,76 | 5,15 | 5,91 | 5,99 |
Экономическая оценка технологии возделывания люцерны в орошении при трехлетнем использовании обеспечивает рентабельность от 93,4 % (солома 10 т/га) до 104,5 % на варианте навоз 60 т/га + солома 10 т/га.
Возделывание многолетних трав в травосмеси на богаре обеспечивает уровень рентабельности от 111,2 % на контроле (б/у) до 117,9 % на варианте внесение N30 весной в подкормку, при себестоимости 1 т кормовых единиц, соответственно, от 710,2 до 688,3 руб./т.
Уровень рентабельности при оценке способов основной обработки почвы под многолетние травы изменялся от 85,0 %, до 141,7 %.
Себестоимость 1 т кормовых единиц составляла от 744,7 до 912,1 руб./т.
ВЫВОДЫ
1. В Нижнем Поволжье увеличить производство высококачественных кормов сбалансированных по белку можно за счёт расширения посевов люцерны при орошении, а в богарных условиях на южных чернозёмах за счёт возделывания люцерны, эспарцета и костреца безостого.
Высокая продуктивность агрофитоценозов многолетних трав определяется их видовым составом, уровнем питания и почвенно-климатическими условиями возделывания.
2. Радиационные и тепловые ресурсы подзоны светло-каштановых почв Волго-Донского междуречья вполне достаточны для формирования в подпокровном посеве орошаемой люцерны в первый год пользования 3-х укосов с урожаем зелёной массы 40 – 67 т/га, 4-х укосов на посевах второго года с урожаем 60,0 – 80 т/га. В посевах 3-го года урожайность зелёной массы снижается до 53,0 т/га.
3. Полевая всхожесть люцерны под покровом зерновых культур при орошении, как и полнота всходов, могут колебаться в значительных пределах и зависят от влажности верхнего слоя, температуры почвы, погодных условий в период посев-всходы и вариантов опыта. Так, в 1992 году полнота всходов по вариантам составила от 52,4% при внесении 10 т/га соломы до 61,7 % с использованием 60 т/га навоза при сумме осадков за этот период 27,3 мм.
Снижение количества выпавших осадков в 1994 г. до 1,3 мм за указанный период значительно снизило и полевую всхожесть, которая составила от 42,3 % (солома – 10 т/га) до 50,5 % (навоз – 60 т/га). Полнота всходов также всецело зависела от сложившихся условий тепло- и влагообеспеченности, а также от видов и доз вносимых органических удобрений.
Максимальный показатель 59,2 % получен на варианте с внесением 60 т/га навоза и 57,1 – навоз 60 т/га + солома 10 т/га. На контрольном варианте (без удобрений) этот показатель составил 56,6 %, наименьшая полнота всходов получена на варианте с внесением 10 т/га соломы.
4. Режим использования люцерны первого года жизни оказывает определяющее влияние на сохранность растений. Так, проведение укоса покровной культуры в оптимальные сроки (фаза вымётывания) обеспечивало сохранность люцерны после укоса овса в 1992 году по вариантам опыта от 83,4 % (навоз – 60 т/га + солома – 10 т/га) до 80,5 % на варианте – (солома – 10 т/га), в 1993 году сохранность составила от 80,6 % до 82,5 %. В 1994 году более высокая изреженность люцерны (22,1 %) отмечалась на варианте внесения соломы. После уборки покровной культуры проводили два укоса в фазу начала цветения люцерны. Сохранность люцерны при таком режиме использования была высокой. Так, сохранность к полным всходам за вегетацию по годам исследований на контроле составила от 68,5 до 73,1 %, на варианте солома – 10 т/га от 70,2 до 74,2 %, при внесении навоза 60 т/га от 71,3 до 74,3 %, на варианте их совместного внесения сохранность за вегетацию к полным всходам достигала 71,6 – 74,5 %.
5. Суммарное водопотребление люцерны изменялось по годам жизни в соответствии с режимом орошения и метеоусловиями вегетационного периода.
Для поддержания предполивного порога влажности почвы на уровне 75-80 % НВ требуется проведение 10-11 вегетационных поливов в год с оросительной нормой 5317-5850 м3/га.
В годы исследований величина эвапотранспирации в посевах люцерны первого года жизни составила в среднем 8135 м3/га, изменяясь от 7559 м3/га (1993 год) до 8727 м3/га (1994 год). Наибольшую долю в суммарном водопотреблении люцерны первого года пользования имела оросительная вода – 65,4 %, в среднем за годы исследований, изменяясь от 53,9 % (1994 год) до 80,7 % (1993 год).
В посевах люцерны второго года жизни суммарное испарение во все годы жизни было выше и составило в среднем за три года – 8316 м3/га, изменяясь от 7902 м3/га в 1995 году до 9065 м3/га – в 1994 году. Доля оросительной воды в суммарном водопотреблении достигала в среднем за три года – 71,0 %, при колебаниях от 56,3 %, до 80,2 %. Расход влаги из почвы изменялся от 5,8 до 8,0 %.
В посевах люцерны третьего года жизни при проведении трёх укосов суммарное водопотребление изменялось от 5865 м3/га до 7762 м3/га, при среднем значении 6813 м3/га. Доля оросительной воды при трёх укосах снижалась до 48,6 – 64,8 %, а расход влаги из почвы увеличился с 6,8 до 13,4 %.
6. В среднем за три года органические удобрения оказывали заметное влияние на урожай зеленой массы люцерны по годам использования.
Так, на контроле (без удобрений) в посевах люцерны первого года жизни было получено в сумме за 3 укоса 43,6 т/га зелёной массы, а при внесении навоза (60 т/га) – 57,0 т/га. При этом следует отметить, что урожай зелёной массы по укосам очень резко колебался. Например, на варианте без удобрений за первый укос в среднем было получено 26,8 т/га зелёной массы, а во второй и третий укосы – соответственно, 8,1 и 8,7 т/га. При внесении 10 т/га соломы эти показатели составили: 25,5 т/га – в первый укос; 7,8 т/га – во второй укос; 8,7 т/га – в третий укос. Навоз в дозе 60 т/га повышал продуктивность до 35,1; 11,0 и 10,9 т/га, соответственно, в первый, второй и третий укосы. Максимальная продуктивность была получена при совместном внесении навоза и соломы – 61,8 т/га и распределялась по укосам следующим образом: 1 укос – 37,4 т/га, 2-й – 12,1 т/га, 3-й – 12,3 т/га.
7. При прогрессирующей дегумификации зональных почв (потери гумуса за последние 30 лет составили от 0,2 до 0,8 %) сохранение, поддержание и воспроизводство эффективного и потенциального плодородия почв возможно лишь за счет пополнения ресурсов органического вещества не только навоза, но и сидератов, растительных остатков возделываемых культур и особенно многолетних трав, которые по воздействию на плодородие почв и урожайность превосходят навоз.
8. Применение органического материала под люцерну в орошении способствует улучшению агрофизических свойств почвы в посевах на протяжении трёх лет пользования.
Наибольшее положительное влияние на величину плотности почвы оказывало внесение навоза 60 т/га + солома 10 т/га. По всем годам жизни отмечается увеличение плотности сложения к концу вегетации и её разуплотнение к периоду начала весеннего отрастания.
В посевах третьего года жизни плотность сложения в слое 0- 0,30 м по вариантам опыта весной изменялась от 1,30 т/м3 на контроле, до 1,27 т/м3 на варианте совместного внесения навоза и соломы, с увеличением к концу вегетации соответственно до 1,34-1,30 т/м3.
9. Применение органического материала увеличивает общую пористость в посевах первого года в пахотном слое до 54,2 %, при соотношении капиллярной пористости и некапиллярной – 1,8, на контроле – 2,4. В посевах второго года в слое 0-0,30 м общая пористость составила 54,0 %, капиллярная – 36,1 %, соотношение капиллярной и некапиллярной пористости повышалось до 2,0, при 46,3 % и 33,3 % на контроле. Установленные закономерности изменения показателей пористости под влиянием органического материала характерны и для третьего года жизни (52,7 %, 36,5 %, 2,2 %), при 46,1 %; 32,3 % и 2,3 % на контроле.
10. Органические удобрения являются главным фактором, определяющим микробиологические свойства орошаемых светло-каштановых почв. Биологическая активность почвы была максимальной в посевах второго года и достигала в среднем 412 мкг/г полотна на варианте навоз + солома. Наиболее высокая токсичность почвы характерна для посевов первого года при внесении соломы (10 т/га) и достигала 54 усл. ед.
11. Положительное влияние люцерны на последующие культуры обусловлено обеспечением почвы органическим веществом, улучшением водно-физических свойств почвы и накоплением азота.
Так, прибавка урожая зерна озимой пшеницы на варианте последействия применения навоза с соломой по отношению к контролю составила по пласту двух лет 0,78 т/га, по пласту трёх лет – 0,71 т/га и позволяет получать высококачественное зерно без применения азотных удобрений. По оценке использования пласта люцерны в последействии на качественные характеристики зерна озимой пшеницы сорта Донщина в условиях орошения существенных различий не выявлено.
12. Положительное влияние разновозрастного пласта люцерны проявилось и в опыте с кукурузой (гибрид Молдавский 291 АМВ).
Так, урожайность кукурузы на контроле по пласту люцерны второго года достигала 5,77 т/га, по пласту люцерны третьего года – 6,10 т/га. Высоко также в последействии внесение навоза 60 т/га, где прибавка урожайности кукурузы составляла 2,01 и 1,72 т/га или 34,8 и 28,2 % к контролю.
Более высокая прибавка урожая кукурузы отмечалась на варианте последействия совместного применения навоза и соломы, где она составила – 2,14 т/га по пласту люцерны второго года и 2,30 т/га по пласту люцерны третьего года. По отношению к контролю величина прибавки составила 37,1-37,7 %.
13. В богарном земледелии в зоне южных чернозёмов эффективны посевы многолетних трав (люцерна, эспарцет, кострец безостый). Предпосылкой создания высокопродуктивных травостоев многолетних трав в богарных условиях является формирование оптимальной плотности стеблестоя, которая во многом определяется способом посева, биологическими особенностями культуры и условиями влагообеспеченности. Полнота всходов у люцерны составила от 42,3 до 47,1 %, эспарцета от 46,7 до 56,8 %, костреца безостого от 48,9 до 55,1 %. В травосмеси (люцерна + эспарцет + кострец) полнота всходов изменялась незначительно.
Показатели сохранности многолетних трав первого года более низкими были у люцерны (69,0-75,1 %), при 72,7-79,3 % у эспарцета и 79,5-85,7 % у костреца безостого.
14. Целесообразность подпокровных посевов определяется получением полноценного укоса покровной культуры, что увеличивает продуктивность посевов первого года, а также снижает засорённость травостоя в посевах первого года.
Максимальная продуктивность у люцерны по выходу кормовых единиц (3,65 т/га) и протеина (0,57 т/га) характерна для травостоев третьего года, у эспарцета – 3,08 т/га корм. ед. и 0,48 т/га протеина для травостоев второго года, у костреца безостого – 3,36 т/га корм. ед. и 0,39 т/га протеина для травостоев третьего года. В травосмеси (люцерна + эспарцет + кострец) выход кормовых единиц более высоким – 3,24 т/га и протеина 0,47 т/га был на травостоях третьего года жизни (пользования).
15. Положительное влияние многолетних трав проявляется в улучшении агрофизических показателей почвы (плотности сложения, структуры, пористости) и в накоплении органического вещества (до 4,40 т/га в слое 0-0,30 м) и восполнении гумуса за счет корневых и пожнивных остатков. Проведённый расчёт количества гумуса в корневых и пожнивных остатках в пахотном (0-0,30 м) слое почвы обеспечивает восполнение гумуса в посевах многолетних трав второго года за счёт корневых остатков от 720 до 824 кг/га. В посевах третьего года от 800 до 824 кг/га, при этом более высокий показатель характерен для костреца, в посевах четвёртого года, где восполнение гумуса составляет от 820 до 860 кг/га.
16. Величина биологического азота в посевах люцерны второго года достигала на контроле (фон) – 130,9 кг/га, на варианте фон+Р90 – 160,6 кг/га, на варианте фон+ N30 – 135,6 кг. В посевах третьего года количество биологического азота составило, соответственно, 112,4 кг/га, 137,3 кг/га и 123,2 кг/га.
В посевах эспарцета величина биологического азота наиболее высокой была во второй год и составила на контроле (фон) – 126,8 кг/га, на варианте фон+Р90 – 154,4 кг/га, на варианте фон+ N30 – 133,7 кг/га. На третий год величина биологического азота снижалась до 92,0 кг/га (фон+Р90).
Коэффициент азотфиксации в посевах люцерны достигал до 0,65, у эспарцета - до 0,64. С возрастом он снижался до 0,46. Внесение соломы (5 т/га + N30) под основную обработку является достаточно эффективным способом не только улучшения агрофизических свойств почвы, но и обеспечения высокой азотфиксирующей способности у люцерны и эспарцета.
17. Оценка влияния пласта многолетних трав на урожайность последующих культур показала, что максимальная урожайность была получена по пласту люцерны третьего года и составила у кукурузы на зерно (4,7 т/га), кукурузы на силос (28,4 т/га), проса (2,30 т/га).
18. При безотвальной и поверхностной обработках благодаря созданию на поверхности почвы мульчирующего слоя за счёт внесения соломы, создаются лучшие условия для начального роста растений.
Во второй и последующие годы плотность стеблестоя несколько выше по отвальной вспашке и безотвальному рыхлению. Кострец безостый менее отрицательно реагирует на приёмы обработки, для которого допустима и поверхностная обработка.
По поверхностной обработке продуктивное долголетие эспарцета необходимо ограничить двумя годами пользования.
19. Оценка продуктивности многолетних трав по выходу кормовых единиц и протеина по годам жизни (пользования) показала, что в посевах люцерны второго-третьего года выход кормовых единиц достигал до 3,87 т/га по отвальной вспашке, до 3,55 т/га по безотвальному рыхлению, до 3,34 т/га по поверхностной обработке. В посевах эспарцета, соответственно,: 3,29 т/га,; 3,18 т/га и 3,03 т/га. В посевах костреца до: 3,61; 3,62 и 3,51 т/га кормовых единиц. На травостоях четвёртого года продуктивность у люцерны снижалась до 2,75 т/га, у костреца безостого до 3,24 т/га кормовых единиц.
20. На аккумуляцию тяжёлых металлов в изучаемых растениях влияет целый комплекс факторов. Так, содержание меди в надземной биомассе трав второго года находилось в интервале от 12,3 мг/кг (эспарцет) до 15,7 мг/кг у костреца безостого при ПДК для растений на уровне 15,0-20,0 мг/кг сухого вещества. Содержание меди снижалось в биомассе бобовых, что связано с тем, что медь играет значительную роль в жизнедеятельности клубеньковых бактерий и в некоторых физиологических процессах.
Содержание цинка у изучаемых видов в интервале от 12,7 мг/кг (эспарцет) до 18,6 мг/кг у костреца и 16,1 мг/кг у люцерны, при ПДК от 150 до 300 мг/кг. В биомассе четвёртого года содержание цинка было в интервале от 21,4 мг/кг (кострец) до 16,3 мг/кг (эспарцет).
Содержание свинца в биомассе второго года в интервале 0,26 мг/кг (люцерна) до 0,29-0,30 мг/кг (эспарцет, кострец), при ПДК – 1,5-14,0 мг/кг. С возрастом аккумулирующая способность у всех трав повышается и достигает максимальных значений до 0,56 мг/кг у костреца безостого.
21. С энергетической точки зрения, разработанные технологии возделывания многолетних трав имели высокий коэффициент. Так, возделывание люцерны в орошении обеспечивало величину Кээ до 4,42 ед. многолетних трав в богарных условиях до 6,30 (в травосмеси люцерна + эспарцет + кострец безостый). Кээ по способам основной обработки достигал более высоких значений в посевах люцерны и составил 6,18 (отвальная вспашка), 6,27 (безотвальная и поверхностная обработки).
Уровень рентабельности при трехлетнем сроке использования достигал при возделывании люцерны в орошении от 93,4 % (солома 10 т/га) до 104,5 % (навоз + солома).
В богаре уровень рентабельности при возделывании многолетних трав со сроком использования до 3-х лет изменялся от 85,0 % до 141,7 %.