Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.01, доктор сельскохозяйственных наук Зеленин, Игорь Николаевич

• Зеленин, Игорь Николаевич
• доктор сельскохозяйственных наук
• 2013

Оглавление диссертации доктор сельскохозяйственных наук Зеленин, Игорь Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОЛОГИЗАЦИИ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.

1.1 Севообороты как биологический фактор в земледелии.^

1.2 Биологизация систем удобрения.I у

1.3 Сидерация как источник органического вещества.

1.4 Способы заделки сидератов.

1.5 Изменение плодородия почв под влиянием сидеральных куль

1.6 Влияние сидерации на урожайность и качество продукции растениеводства. ^

1.7 Применение ОСВ в качестве удобрений. ^

2 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ?

2.1 Краткая характеристика региона исследования.

2.2 Почвенно-климатические условия.

2.3 Объекты исследований и схемы опытов. £

3 ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ УДОБРЕНИЙ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ КОНОПЛЯНЫХ СЕВООБОРОТАХ.

3.1 Продуктивность специализированных конопляных севооборотов в зависимости от систем удобрений.

3.2 Оценка влияния интенсивности конопляных севооборотов и систем удобрений на побочную продукцию.

3.3 Оценка поступления питательных элементов в почву. ду

3.4 Биологическая активность почвы.

3.5 Влияние систем удобрения на физико-химические свойства почвы.

3.6 Технологические качества соломки конопли в специализированных севооборотах в зависимости от систем удобрений.

3.7 Баланс воспроизводства гумуса. Л

4 ПРИМЕНЕНИЕ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД г. ПЕНЗЫ В КАЧЕСТВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ.

4.1 Агрохимическая характеристика ОСВ.

4.2 Влияние ОСВ на содержание тяжелых металлов в черноземе выщелоченном. цу

4.3 Влияние ОСВ на агрофизические свойства черноземов выщелоченных.

4.4 Влияние ОСВ на урожайность зерновых культур и содержание тяжелых металлов в растениеводческой продукции.

5 ПОДБОР СИДЕРАЛЬНЫХ КУЛЬТУР ДЛЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ.

5.1 Накопление биомассы сидеральными культурами. 2 з о

5.2 Содержание питательных веществ в биомассе сидеральных культур.

5.3 Количество питательных веществ, поступающих в почву.

5.4 Изменение свойств почвы под влиянием сидератов.|

5.5 Продуктивность зернопарового севооборота в зависимости от вида сидерального пара.

5.6 Баланс гумуса зернопарового севооборота в зависимости от вида сидерального пара.

6 СИДЕРАЛЬНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ. 148 6.1 Формирование бобово-капустных сидеральных агроценозов. 249 6.2Динамика накопления биомассы сидеральных смесей.

6.3 Накопление элементов питания и трансформация органического вещества сидеральных смесей.

6.4 Изменение свойств почвы под влиянием сидеральных смесей.

6.5 Биологическая активность почвы в зависимости от сидеральных смесей.I

6.6 Влияние сидеральных смесей на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.^ ^

7 БИОЛОГИЗАЦИЯ КОРОТКОРОТАЦИОННОГО ЗЕРНОПАРОВОГО СЕВООБОРОТА.

7.1 Продуктивность сидеральных паров.

7.2 Урожайность зерновых культур зернопарового севооборота.

7.3 Влияние элементов агротехники на качество продукции.

7.4 Влияние элементов агротехники на свойства почвы.

7.5 Баланс гумуса в зернопаровом севообороте в зависимости от элементов агротехники.

8 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАКТОРОВ БИОЛОГИЗАЦИИ.

8.1 Энергетическая эффективность систем удобрения в специализированных конопляных севооборотах.

8.2 Энергетическая оценка применения ОСВ г. Пензы.

8.3 Энергетическая оценка применения сидератов.

8.4 Энергетическая и агроэкологическая эффективность применения сидеральных смесей.

8.5 Энергетическая, агроэкологическая эффективность биоло-гизации короткоротационного зернопарового севооборота

ВЫВОДЫ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья»

Актуальность исследований. Реформирование агропромышленного комплекса страны и переход на рыночные отношения привели к экстенсифи-кации земледелия. Научно-обоснованные системы земледелия часто не применяют. Структура посевных площадей нарушается, не соблюдаются севообороты, не используются резервы пополнения почвы органическим веществом и элементами питания (Сычов В.Г., 2008).

При существующей структуре посевных площадей, системе севооборотов, применяемых агротехнических мероприятиях и уровнях урожайности сельскохозяйственных культур поступление органического вещества с корневыми и пожнивными остатками, а также вносимое количество органических удобрений не восполняют потерь гумуса при его минерализации (Есь-ков А.И., 2008, Воробьев С.А., Лошаков В.Г., 1996).

В результате за последние десятилетия содержание гумуса в почвах значительно снизилось. Особенно интенсивно этот процесс происходит в высоко-гумусированных черноземных почвах лесостепи Среднего Поволжья, на долю которых в Пензенской и Ульяновской областях приходится 78 и 65 % сельхозугодий, в лесостепной зоне Самарской и Саратовской областей соответственно 71 и 47%.

Нехватка навоза, большие затраты на его внесение обусловили поиск путей обогащения почвы органическим веществом за счет использования нетрадиционных удобрений, в т. ч. осадков сточных вод (ОСВ).

Широкое применение биологических факторов повышения плодородия почвы в современных условиях также является выходом из сложившейся ситуации.

Биологическое земледелие предполагает решение проблемы воспроизводства агроэкологических ресурсов на основе активизации почвенных биологических процессов и исключением сильных антропогенных воздействий на почву и компоненты агробиоценозов. Причем биологические факторы не должны полностью подменять антропогенное воздействие, а лишь снижать его негативное действие и предотвращать дальнейшую деградацию почвы.

Одной из основных проблем биологического земледелия является воспроизводство органического вещества почвы за счет вовлечения в биологический круговорот наибольшего количества фитомассы, сформированной сельскохозяйственными культурами. Это позволит замкнуть круговорот веществ и энергии в агробиоценозах и сохранить экологическое равновесие (Кружков, 2007).

В связи с этим, в современном земледелии актуальны работы по научному обоснованию применения элементов биологизации для воспроизводства плодородия почвы на основе повышения протекающих в ней биологических процессов, уменьшения степени её деградации и сохранения агрономических свойств.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научно-теоретическом обосновании приемов сохранения плодородия выщелоченных черноземов при получении высоких урожаев за счет оптимизации систем удобрения в севооборотах, а также использования в качестве удобрения ОСВ г. Пензы, подборе сидеральных культур, их смесей и способов их использования в полевых севооборотах, разработке и совершенствовании технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общей продуктивности севооборотов.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи: •изучить влияние различных систем удобрения на агрофизические и водно-физические свойства почвы, биологическую активность почвы и обеспеченность посевов элементами питания в специализированных конопляных севооборотах;

•оценить действие различных систем удобрений на урожайность и качество продукции в специализированных конопляных севооборотах;

•определить продуктивность севооборотов с разной степенью насыщения коноплей при различных системах удобрений (уровнях биологизации), дать энергетическую оценку при использовании средств биологизации;

•выявить возможности применения ОСВ г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепной зоны Среднего Поволжья в качестве удобрений;

•изучить влияние удобрительных доз ОСВ (10-50 т/га) на агрофизические свойства черноземов выщелоченных;

•установить эффективность действия и последействия ОСВ на рост растений, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;

•определить для условий региона набор наиболее продуктивных и адаптированных сидеральных культур при возделывании в сидеральных парах на черноземах выщелоченных;

•установить влияние сидеральных культур на агрофизические, агрохимические показатели и биологическую активность почвы;

•подобрать наиболее эффективные сидеральные смеси и нормы высева их компонентов, обеспечивающие повышение плодородия почвы, определить количество и удобрительную ценность поступающей в почву сидераль-ной органической массы;

•оценить влияние зеленого удобрения на урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур;

•определить баланс гумуса за ротацию зернопарового севооборота; •изучить влияние различных видов сидерации на общую продуктивность и энергетическую эффективность севооборотов;

•разработать и предложить производству комплекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранение плодородия почв в севооборотах с сидеральными парами.

Научная новизна. Приведены результаты многолетних комплексных исследований по совершенствованию систем земледелия в целях воспроизводства плодородия почвы путем активизации биологических факторов.

Впервые в специализированных конопляных севооборотах установлено влияние различных систем удобрения на особенности роста и развития культур, их продуктивность и почвенное плодородие. Предложены элементы биологизации, позволяющие повысить продуктивность севооборота на 3040% при сохранении плодородия.

Доказана возможность применения осадков сточных вод г. Пензы на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья в качестве удобрений. Исследовано влияние ОСВ на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства а также на урожайность сельскохозяйственных культур. Подобраны экологически безвредные нормы внесения ОСВ. Определены культуры, дающие экологически безопасную продукцию при возделывании с ОСВ.

В результате многолетних исследований установлен набор сидераль-ных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия почвы, улучшение её фитосанитарного состояния и качества продукции последующих культур севооборота.

Дана сравнительная оценка чистых и сидеральных паров в севооборотах при различных системах удобрения.

Установлены агроэкологическая, экономическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации.

Изучена удобрительная ценность сидеральной массы различных сельскохозяйственных культур и смесей, способы заделки в почву, влияние на свойства почвы, рост и развитие растений, продуктивность севооборотов и качество продукции.

Разработаны приемы совершенствования технологий выращивания, обеспечивающих повышение урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур, общую продуктивность севооборота.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании многолетних исследований производству рекомендованы системы удобрения, снижающие вредные антропогенные воздействия на почву и культурные растения.

Обоснованы экологически безопасные и энергетически целесообразные удобрительные дозы осадков сточных вод для черноземов лесостепной зоны Среднего Поволжья.

На основании скрининга предложены культуры, положительно реагирующие на внесение ОСВ в качестве удобрений и обеспечивающие при этом получение экологически безвредной продукции.

Рекомендован набор сидеральных культур для применения в качестве зеленого удобрения в одновидовых посевах и смесях, обеспечивающий сохранение плодородия черноземов выщелоченных и улучшающий их фитоса-нитарное состояние в зернопаровых севооборотах.

Выявлено положительное влияние различных видов и способов использования сидерации на рост, развитие, урожай и качество продукции сельскохозяйственных культур.

Определена высокая агротехническая, экономическая, энергетическая и экологическая эффективность сидерации в севооборотах на черноземах выщелоченных.

Разработаны и предложены научно-обоснованные приемы активизации почвенных биологических процессов в севооборотах с разными уровнями биологизации. Обоснована роль сидеральных паров, применение на удобрение побочной продукции.

Разработанные ресурсосберегающие приемы технологии возделывания сидеральных культур обеспечивают биологизацию и экологизацию растениеводства, воспроизводство плодородия почвы, экономию материально-технических средств и получение высококачественной продукции.

Основные положения, выносимые на защиту: • биологизированная система удобрений в специализированных конопляных севооборотах в лесостепи Среднего Поволжья, способствующая повышению их продуктивности при сохранении плодородия пахотных почв;

• дозы применения осадков сточных вод г. Пензы в качестве удобрений на черноземах выщелоченных лесостепи Среднего Поволжья;

• влияние осадков сточных вод на плодородие чернозема выщелоченного, накопление тяжелых металлов в почве и продукции растениеводства а также на урожайность сельскохозяйственных культур;

• обоснование применения наиболее продуктивных и экономически выгодных сидеральных культур и их смесей для возделывания в парах и в промежуточных посевах на черноземах выщелоченных;

• особенности формирования смешанных агрофитоценозов бобово-капустных сидеральных культур;

• технологические приемы повышения эффективности короткоротаци-онного зернопарового севооборота, включающие применение органических (сидеральные культуры) и минеральных удобрений, способы заделки сидера-тов, обеспечивающие сохранение и повышение плодородия почв, повышение урожайности полевых культур;

• агроэкологическая и энергетическая целесообразность использования факторов биологизации в изучаемых севооборотах.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на ежегодных отчётах ГНУ Пензенский НИИСХ (1993-2011 гг.); Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: I Международной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия» (Ставрополь, 2001), IV Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы плодородия почв на современном этапе развития» (Пенза, 2002), международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию Самарского НИИСХ имени Н.М. Тулайкова и 70-летию Поволжского НИИСХ им. П.Н.Константинова (Самара, 2003), международной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза-Нейбранденбург, 2003), IX Всероссийской научно-практической конференции «Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур» (Пенза, 2005), Всероссийском совещании Географической сети опытов с удобрениями (Москва, 2008), всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности и агропромышленном комплексе» (Пенза, 2011) и других.

Разработки апробированы в производственных условиях и внедрены в хозяйствах Пензенской области. Результаты исследований автора вошли в региональные рекомендации производству: «Концепция развития биологического земледелия в Пензенской области. Применение удобрений в биологическом земледелии» (1994), «Практическое руководство по применению сидерации в Пензенской области» (2005), «Возделывание среднерусской однодомной конопли в лесостепи Среднего Поволжья: Практические рекомендации» (2011).

Под руководством автора защищена одна кандидатская работа.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации автором опубликовано 43 печатные работы, в том числе 15 в изданиях, по перечню, рекомендованному ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, рекомендаций производству, списка цитируемой литературы, включающего 622 источника, в том числе 72 иностранных. Работа изложена на 389 страницах компьютерного текста и содержит 102 таблиц, 18 рисунков и 55 приложений.