Geum.ru

Почвенно-агрохимические параметры и урожайность яровой пшеницы в лесостепи среднего поволжья

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


Глава X. Оценка современного состояния земледелия.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7



Безусловно, динамику урожаев культур определяет уровень развития общества. Несмотря на это, имеет место колебание урожайности яровой пшеницы по всему отрезку временного ряда. Произведена оценка агро-климатических условий по фактической и относительной (фактическая/ скользящие средние, %) урожайности пшеницы. По фактической урожайности за 1970 – 2004 годы было 7 засушливых лет (урожайность 7,8 – 12,0 ц/га), относительно благоприятных – 11 (урожайность выше 18,9 ц/га), средних по агроклиматическим условиям – 17 (урожайность 12,1 – 18,9 ц/га). По относительной урожайности получены другие показатели (табл.11).

Разница между последними и начальными показателями ряда сколь-зящих средних характеризует долю участия хозяйственного фактора в формировании урожая. Так, она равна 13,5 – 15,6 ц/га (11 – 22-летние шаги) за 35-летний период. Средний темп роста урожаев (по всем шагам скольжения за 35 лет, в данном случае делитель равен 34) колеблется от 40 до 65 кг в год. Для практики наибольшую ценность представляют скользящие средние с 11-лет-ним шагом. В данном отрезке времени учитываются как особенности природ-ной цикличности, так и хозяйственной деятельности человека.


Т а б л и ц а 11

Оценка агроклиматических условий относительно яровой пшеницы

(фактическая урожайность в % от скользящих средних)


Группа

Урожай, %
Годы

11-летний шаг

I. Неблагоприятные (засушливые) годы
Менее 75% от скользящих

средних
1981, 1987, 1988, 1989, 1995, 1998, 1999 (7лет)

II. Средние (сельско-хозяйственные) годы
76–120 % от скользящих

средних
1970, 1971, 1972, 1973, 1974, 1975, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1984, 1990, 1991, 1993, 1994, 2000, 2003, 2004 (21 год)

III. Благоприятные годы (относительно влажные)
Более 120 % от скользящих

средних
1982, 1985, 1986, 1996, 1997, 2001, 2002 (7 лет)


Отмеченные выше закономерности отражают расчеты, приведенные в табл.12. Темпы роста урожаев яровой пшеницы по 11-летнему ряду изме-няются от 14 до 166 кг/год, а по 22-летнему шагу – от 12 до 75 кг/г. Наибольшие показатели приходятся на 1990–2000 годы, а наименьшие (отри-цательные) характеризуют начальный десятилетний период – 1970 – 1980 годы, что, видимо, связано с многолетней климатической цикличностью, несмотря на улучшение агрохимического состояния пахотных почв в этот период. Высокие темпы роста за 1980 – 1990 гг. обусловлены улучшением калийного и особенно фосфатного потенциала пахотных почв. Усредненные темпы роста урожая для 11-летнего ряда составляют 40 кг/г, для 22-летнего – 37 кг/г, что реально отражает поступательное движение получения устойчивых и высоких урожаев зерновых культур в условиях средней части лесостепной зоны, подтверждая возможность их использования для расчетов прогнозных показателей.

Т а б л и ц а 12

Темпы роста урожайности яровой пшеницы


Период
Урожайность, ц/га
Прирост, ц/га
Темпы роста, кг/год

11-летний шаг

1970
1980
16,3
14,9
− 1,4
− 14

1980
1990
14,9
15,1
0,2
2

1990
2000
15,1
25,7
16,6
166

2000
2004
25,7
30,0
4,3
108

1970
2004
16,3
30,0
13,7
40

1957
2004
10,5
30,0
19,5
41

22-летний шаг

1970
1980
15,5
14,3
− 1,2
− 12

1980
1990
14,3
17,4
3,1
31

1990
2000
17,4
24,8
7,4
74

2000
2004
24,8
27,8
3,0
75

1970
2004
15,5
27,8
12,3
36

1957
2004
10,5
27,8
17,3
37


^ Глава X. Оценка современного состояния земледелия. Анализируют-ся теоретические предпосылки устойчивого экологического земледелия на основе поочередной оптимизации почвенных свойств (динамичных, устой-чивых и фундаментальных) и практические шаги по его реализации.

По материалам урожайности яровой пшеницы и использованных органических и минеральных агрохимикатов рассчитан баланс макроэлементов. По Западному Закамью баланс имеет положительный показатель. При этом фосфор и азот имеют выраженный положительный показатель, а калий − отрицательный знак (табл. 13).

Т а б л и ц а 13

Баланс элементов питания под яровой пшеницей в Западном Закамье за 1974 – 2004 гг.


Показатель
Подвижные элементы питания
Всего

азот
фосфор
калий

Приходная статья баланса, кг д.в.

Минеральные удобрения,

64,8 кг д.в.
32,4
19,44
12,96
64,8

Органические удобрения, 2,93 т
14,65
7,32
17,58
39,55

Осадки, фиксация микроорг. и др.
25
–
–
25

Всего
72,05
26,76
30,54
129,35

Расходная часть, кг д.в.

Урожай - 16,07 ц
56,24
19,28
40,18
115,70

Баланс +, −

+15,81
+7,48
− 9,64
+13,65


Примечание: минеральные удобрения по соотношению N:Р:К=50:30:20. Тонна навоза КРС в среднем содержит 5 кг азота, 2,5 кг фосфора и 6,0 кг калия (Зиганшин и др., 1990).

Результаты баланса теоретически обосновывают изменение степени обеспеченности пахотных почв относительно содержания подвижных форм фосфора и калия, для фосфора наблюдается заметное повышение, для калия – небольшое уменьшение. В последние 7 – 8 лет баланс элементов питания имеет отрицательные показатели по NPK, что уже определило тенденцию умень-шения содержания подвижного фосфора и калия в пахотных почвах.

По объему использованных удобрений и урожайности яровой пшеницы даны результаты расчета их окупаемости. Теоретической предпосылкой расчета окупаемости и связи между содержанием фосфора, калия, урожайностью пшеницы является то, что макроэлементы входят в структурные компоненты органических соединений, носителей фундаментальных функций в растениях (Ильин, 1985), а соотношение макроэлементов, особенно в репродуктивных органах, постоянное и имеет низкую степень вариабельности.

Схему расчета представляет матрица скользящей средней урожайности яровой пшеницы за 1970 – 2004 годы. Контрольную урожайность пшеницы представляет скользящая средняя урожайность пшеницы 1973 года (У11). По разнице общей валовой и контрольной продукции получена прибавка урожайности. Окупаемость удобрений рассчитана с учетом д.в. минеральных, органических удобрений (табл. 14). За исключением Спасского, все районы имеют положительные показатели окупаемости. Для Западного Закамья она равна 2,63 кг зерна на 1 кг д.в. NPK.


Т а б л и ц а 14

Прирост валового сбора и окупаемость удобрений

(кг зерна /кг д.в.) по яровой пшенице в Западном Закамье


Район
Прирост

урожая
Мин. уд., кг д.в.
Навоз, кг д.в.
Всего, кг д.в.
Окупаемость, кг/д.в.

За 1974–2004 годы

Аксубаевский
5260
2004,3
1313,5
3317,8
1,58

Алексеевский
790
1641,6
1156,9
2798,5
0,28

Алькеевский
4550
2003,5
1082,7
3086,2
1,47

Н.-Шешминский
280
1703,1
1066,5
2769,6
0,10

Нурлатский
21400
2803,6
1367,5
4171,1
5,13

Спасский
-450
1561,0
1118,4
2679,4
-0,17

Черемшанский
17600
2597,7
1518,7
4116,4
4,28

Чистопольский
13720
1765,8
1173,1
2938,9
4,24

Западное Закамье
8520
2010,0
1224,7
3234,7
2,63

За 1994–2004 годы

Алексеевский
7230
725,8
249,8
975,6
7,4

Алькеевский
1470
544,6
190,4
745,0
2,0

Аксубаевский
4490
536,5
108,0
644,5
7,0

Н.-Шешминский
2930
430,6
168,8
599,4
4,9

Нурлатский
18250
1130,1
297,0
1427,1
12,8

Спасский
4350
532,0
264,5
796,5
5,5

Черемшанский
17940
965,2
348,3
1313,5
13,7

Чистопольский
4440
602,3
263,2
865,5
5,1

Западное Закамье
7800
684,6
230,3
914,9
8,5

Отдельно рассчитана окупаемость удобрений урожаем яровой пшеницы за последние 11 лет (1994–2004 годы). 1 кг д.в. NPK удобрений дает допол-нительно от 2,0 (Алькеевский район) до 13,7 кг зерна яровой пшеницы. Повышение окупаемости удобрений наблюдается на фоне улучшения агрохи-мического состояния пахотных почв, с одной стороны, и изменения агрокли-матических условий в сторону увлажнения за последние годы, – с другой.

Наблюдается увеличение окупаемости удобрений по мере движения от западных границы к восточным, что положительно согласуется с ростом выпадения осадков в этом направлении (Давлятшин, Бакиров, 2004). Этим подтверждается имеющаяся закономерность эффективности удобрений по мере возрастания увлажнения по почвенно-географическим зонам (Петербургский, 1980; Ягодин и др., 1989; Сычев, Аристархов, 2005).

Связь между урожайностью пшеницы (Уf, У11 и У22) и содержанием Р2О5, К2О изучена в разрезе районов и в целом по Западному Закамью за 1970–2004 годы. Использованы относительные единицы, выраженные в процентах от средних значений (табл. 15 и рис. 1). Коэффициенты корреляции (r) между урожайностью яровой пшеницы (Уf, У11 и У22) и Р2О5 и рН положительны, между К2О имеют отрицательный знак. R возрастает от пары Р2О5 – Уf к парам с Р2О5 и У22. Получены параметры уравнений регрессий (табл. 16).

Изучена частная (множественная связь) между урожайностью пшеницы (Уf, У11 и У22) и Р2О5, К2О. При этом минимальные коэффициенты наблюдаются по фактической урожайности, максимальные – по У22 (табл. 15). Отсюда коэффициент детерминации для Уf составляет 31%, для У11 − 49 % и для У22 – 74 %, что указывает на совместное участие фосфора и калия в формировании урожая. Доля неучтенных факторов в этом равна разнице между 100 и r2, она уменьшается от 69 до 26 % от пары с фактической урожайностью до пары с У22. В составе неучтенных факторов высока доля участия погоды.

Т а б л и ц а 15

Коэффициенты корреляции между свойствами и урожайностью яровой пшеницы (временной ряд, фрагмент)


Свойство
Р2О5
К2О
рН
Уf
У11
У22

Р2О5, мг/кг почвы

1
− 0,92
0,30
0,46
0,69
0,82

К2О, мг/кг почвы




1
− 0,12
− 0,30
− 0,50
− 0,64

рН






1
0,54
0,73
0,64

Урожайность -Уf










1
0,70
0,68

Урожайность -У11












1
0,97

Урожайность -У22















1


Т а б л и ц а 16

Уравнения множественной регрессии урожайности яровой пшеницы с содержанием подвижных элементов питания


Коэффициент корреляции
t

Стьюдента
Уравнения

0,56
3,74
Уf= − 3,03 + 0,668 x P2O5 + 0,865 x K2O

0,70
6,51
У11= − 114,37 + 0,542 x P2O5 + 0,595 x K2O

0,86
9,22
У22= − 83,36 + 0,465 x P2O5 + 0,420 x K2O

Отмечается, что в районах с высокими агрохимическими свойствами (Нурлатском и Черемшанском) частный коэффициент для фактической урожайности пшеницы заметно выше, чем в районах с низким содержанием Р2О5, К2О. Все это подтверждает тезис о том, что высокое агрохимическое состояние почв несколько снижает влияние погодных условий на высоту урожая.

а)


б)


в)


Рис. 1. Динамика содержания подвижных форм фосфора, калия и фактической (а), скользящей средней (б, в) урожайности (при шагах 11 [Y11] и 22 [Y22] года) яровой пшеницы в Западном Закамье


ВЫВОДЫ
  1. Среднестатистические показатели почвенных свойств и морфометрических измерений отражают общие закономерности их распределения, установ-ленные в период описательного почвоведения.
  2. По уровню изменчивости свойства имеют четкую дифференциацию: фундаментальные свойства имеют слабую, устойчивые – среднюю, динамичные – высокую степень варьирования, что определяет их способность реагирования на воздействие внешних факторов. В конечном счете особенности варьирования почв определяют возможности и условия их изменения под воздействием антропогенеза и, соответственно, особен-ности управления почвенным плодородием.
  3. Почвенные свойства проявляют изменчивость во времени под воздействием обработки почв. Она наиболее заметна и существенна относительно тех свойств, формирование которых происходит в результате процесса почво-образования – содержания гумуса, общего азота. По среднестатистическим параметрам пахотные почвы ежегодно теряют от 0,031 до 0,040 % в пахотном горизонте и от 0,008 до 0,044 % – в слое 30 – 50 см гумуса, темпы потери гумуса серых лесных почв более высокие, чем черноземов, что согласуется с теоретическими положениями формирования гумуса в черноземном типе почвообразования.
  4. Региональные оптимальные параметры почв разработаны для динамичных и устойчивых почвенных свойств с учетом их современного состояния. Оптимальные параметры динамичных свойств (содержания подвижных форм фосфора, калия), как правило, выше их фактических показателей, а устойчивых свойств (содержания гумуса, емкости поглощения) – выше фактических показателей для дерново-подзолистых, светло-серых и серых лесных почв. В черноземах и темно-серых лесных почвах показатели этих свойств находятся в пределах их оптимальных значений.
  5. Подразделение почвенных свойств на динамичные, устойчивые и фундамен-тальные также определяет структуру прикладной модели плодородия почв. Она состоит из блока динамичных и устойчивых свойств, фундаментальные свойства отражены в названиях почв. На практике МПП также реализуется по блокам, сначала динамичным, затем устойчивым и в последнюю очередь – по фундаментальным свойствам.
  6. Современное агрохимическое состояние зональных пахотных почв зависит от их потенциального плодородия, содержания фосфора и калия в почво-образующих породах, корректировки их содержания в ходе почвооб-разования, обусловленного также особенностями каждого химического элемента, и хозяйственной деятельности. Критерием изменения агрохими-ческого состояния почв служит баланс элементов питания. Положительный баланс по фосфору определяет его повышение, отрицательный баланс по калию – некоторое понижение его содержания. рН почвенной суспензии варьируется в небольших пределах под действием известкования почв и минеральных удобрений.
  7. Материалы обобщения по микроэлементам отражают первые шаги их изучения и использования в сельском хозяйстве. Как показывают расчеты, баланс микроэлементов отрицательный даже на фоне применения микро-элементов, а их использование имеет эффективность.
  8. Агроэкологический потенциал местности определяется ранжированными по силе взаимодействия факторами – теплообеспеченностью, влагообеспечен-ностью и состоянием агрохимических свойств. Реализация потенциала определяется уровнем развития общества, управлением хозяйственной деятельностью по оптимизации почвенного плодородия. Критерием оценки хозяйственной деятельности служит соотношение фактической урожайности культур к потенциалу тепла и влаги.
  9. Обработка временного ряда методом скользящих средних устраняет влияние варьирующегося по годам погодного фактора на урожайность пшеницы, позволяет расчленить в ней роль почвенного (54 %) и хозяйственного факторов (46 %). Доля почвенного фактора равна 16,3 ц/га (начальная урожайность), доля хозяйственной деятельности – 13,7 ц/га. Оптимальным шагом скользящих средних для практики принято 11 лет.
  10. Используемый метод скользящих средних позволяет выявлять темпы роста урожайности пшеницы по годам и окупаемость использованных удобрений. За 1970 – 2004 годы ежегодный прирост урожайности яровой пшеницы составляет 36–40 кг. В совокупности минеральные и органические удоб-рения ежегодно дают прибавку урожайности яровой пшеницы 2,63 кг зерна на кг д.в., а в последние 11 лет – 8,5 кг зерна на кг д.в. удобрений.
  11. Изучение связи между урожайностью пшеницы и содержанием подвижных форм фосфора, калия, рН на примере временных рядов выявило лимити-рующий фактор – содержание подвижного фосфора для региона. Остальные показатели (калий и рН) для данного уровня обеспеченности фосфором и урожайности пшеницы не имеют положительной связи.
  12. Коэффициент множественной корреляции по содержанию фосфора, калия для фактической урожайности пшеницы равен 0,56, для скользящей ее средней при длине шага 11 лет − 0,70, для скользящей ее средней при длине шага 22 года − 0,86. Соответственно, коэффициент детерминации составляет 31, 49 и 74 %. Разница между ними и 100 указывает на долю неучтенных факторов, в том числе погодного. Она равна для скользящих средних 26 (У22) и 51 % (У11).