Донник как сидерат в полевых зерновых севооборотах на каштановых почвах Нижнего Поволжья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.01, кандидат сельскохозяйственных наук Зеленев, Александр Васильевич

• Зеленев, Александр Васильевич
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Зеленев, Александр Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.4

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.7

Н.ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.17

2.1. Характеристика почвенного покрова.17

2.2. Климатические условия.18

2.3. Почвенная характеристика опытного участка и метеорологические условия в период проведения исследований.24

Ш.ЗАДАЧИ, СХЕМА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА.30

3.1. Задачи исследований и схема опыта.30

3.2. Методика исследований.32

3.3. Агротехника культур в опыте.34

IV.ПРОДУКТИВНОСТБ ДОННИКА В СЕВООБОРОТАХ ЗЕРНОВОЙ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ.37

V.ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДОННИКА, КАК СИДЕРАТА В ЗЕРНОВЫХ СЕВООБОРОТАХ НА КАШТАНОВЫХ

ПОЧВАХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ.43

5.1. Плотность почвы.43

5.2. Биологическая активность почвы.47

5.3. Нитрификационная способность и содержание элементов питания в почве.50

5.4. Масса растительных остатков в севооборотах и их химический состав. Динамика гумуса в почве.60

5.5. Динамика влажности почвы и ее водопотребление в посевах полевых культур.75

5.6. Засоренность посевов.83

5.7. Урожайность культур, выход зерна и кормовых единиц с 1 га севооборотной площади.88

У1.ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

ЗЕРНОВЫХ СЕВООБОРОТОВ.93

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Донник как сидерат в полевых зерновых севооборотах на каштановых почвах Нижнего Поволжья»

Основной задачей земледелия остается неуклонное наращивание производства зерна, как основы создания продовольственного и фуражного фондов страны. Для этого необходимо продолжать последовательное освоение научно-обоснованных систем земледелия, расширять применение почвозащитных методов обработки почвы и проведения противоэрозионных мероприятий. Значительно повысить продуктивность и устойчивость земледелия, осуществить в этих целях комплекс мер по увеличению плодородия почв, внедрению интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Юго-Восток Европейской части страны, куда входит и подзона каштановых почв правобережья Волги Волгоградской области является крупным зерновым районом. В то же время он относится к наиболее засушливым земледельческим регионам, с часто повторяющимися ожесточенными засухами. В этих условиях, полевые зерновые севообороты должны разрабатываться на основе главного агротехнического принципа по борьбе с засухой: максимального накопления, сбережения и рационального использования почвенной влаги.

По данным научно-исследовательских учреждений и передового производственного опыта, самым эффективным агротехническим мероприятием в этом регионе являются посевы озимых культур по черным парам, по которым они используют осадки двух сельскохозяйственных лет.

Известно, что уровень урожая сельскохозяйственных культур зависит от наличия гумуса в почве и при малом его содержании снижается качество растениеводческой продукции.

Во всех западных странах проблемы производства белковых кормов, накопления в почве азота, гумуса, улучшения ее физических свойств решаются за счет севооборота с многолетними бобовыми травами.

Донник - экономически выгодная культура. Он превосходно растет на неплодородных, бедных по содержанию органических веществ и азота почвах, незаменимая культура в освоении засоленных почв и солонцов. После донника в почве остается большое количество азота, органических веществ, что улучшает плодородие почвы и в результате этого он является хорошим предшественником для всех сельскохозяйственных культур.

Однако, донник медленно внедряется в севообороты, недостаточно используется для освоения малопродуктивных, бесплодных, каменистых и щебенистых земель, склонов, оврагов, балок, лишенных гумусового горизонта; для улучшения сенокосов, пастбищ, солонцов и засоленных почв; для борьбы с эрозией почв.

В связи с этим, в Нижнем Поволжье, при большом недостатке органических удобрений (навоза), перспективным направлением может стать включение в специализированные зерновые севообороты посевов донника.

Научная новизна. Впервые в условиях подзоны каштановых почв правобережья Волги Волгоградской области изучена эффективность применения донника, в качестве сидерального удобрения, в повышении и стабилизации почвенного плодородия в полевых зерновых севооборотах, роста урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Установлено водо-потребление сельскохозяйственных культур, в связи с применением донника на сидерат, показана динамика основных элементов питания.

Дана экономическая и биоэнергетическая оценка биологизированным севооборотам.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1) Научное обоснование применения донника на сидерат, как фактора в решении проблемы улучшения экологических условий и рационализации использования и охраны природных ресурсов региона.

2) Приемы обогащения почвы органическим веществом с целью повышения содержания гумуса в почве и увеличение ее эффективного плодородия за счет применения донника на сидерат, пожнивно-корневых остатков культур, соломы озимой ржи и запашки листостебельной массы кукурузы.

Практическая ценность заключается в дальнейшем повышении устойчивости ведения зернового хозяйства в условиях сухостепной зоны каштановых почв Нижнего Поволжья, стабилизации почвенного плодородия в связи с применением донника на сидерат.

Апробация работы. Основные положения диссертационный работы доложены и получили положительную оценку на научно-практических конференциях Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии (1996-98ГГ.), на 3 и 4 межвузовских научно-практических конференциях студентов и молодых ученых Волгоградской области (1996-98гг.), на годичных экологических чтениях Волгоградского отделения Российской экологической академии (1998г.).

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В последние годы в земледелии нарастает дградация почв, опустынивание земель. Все это стало возможным из-за стихийной шггеисификации сельского хозяйства, а также резкого падения внесения минеральных и органических удобрений. Однако известно, что органическое вещество почвы представляет важнейший показатель ее плодородия, источник удовлетворения потребностей растений в азоте и других элементах питания.

Особенно важны меры по обеспечению в севооборотах зерновой специализации бездефицитного баланса органического вещества (гумуса) потому, что при высоком насыщении севооборотов высокопродуктивными культурами, возрастает вынос питательных веществ с урожаями, а это, в свою очередь, приводит к сокращению валовых запасов гумуса в почве.

По вопросу баланса гумуса в почве в литературных источниках высказываются противоположные точки зрения. Представители первой, говорят о невозможности сохранения бездефицитного баланса гумуса без внесения в почву органического вещества в достаточных количествах (39,62, 78, 99,147,149). Сторонники второй считают возможным сохранение положительного баланса гумуса в почве при внесении одних минеральных туков (3, 24, 106,132). В земледелии высокая продуктивность агроэкосистемы должна достигаться в основном за счет активизации биологических факторов. Био-логизация севооборотов осуществляется прежде всего путем максимального насыщения севооборотов промежуточными культурами, используемых на сидераты, расширения набора возделываемых видов и сортов полевых культур. Таким образом создаются наилучшие условия для оптимизации свойств почв, фитосанитарного состояния, а в конечном итоге формироваш-ш плодосмена.

В засушливых условиях зависимость продуктивности почв от их гумусового состояния проявляется сильнее, поскольку с повышением содержания гумуса возрастает влагоемкость почв. Увеличение гумуса связывают с улучшением оструктуренности почвы. Органическое вещество способствует улучшению их водного режима, благодаря повышению влагоемкости за счет увеличения поверхности и емкости поглощения катионов. При этом с органическим веществом вода связана не так прочно, как с минеральной частью, и следовательно, более доступна растениям. В то же время в следствии улучшения агрегатного состава, повышения межагрегатной и внутриагрегат-ной пористости, благодаря органическому веществу обеспечивается лучшее проникновение воды в почву, уменьшается испарение. Поэтому, сохранение плодородия почвы, на достаточно высоком уровне, в первую очередь должно решаться за счет применения органических удобрении (навоз, сидераты, солома).

A.M. Гаврилов (29), со ссылкой на Д.С. Орлова, сообщает, что в современной науке не установлены оптимальные размеры содержания гумуса в разных типах почв. По мнению автора, на каштановых почвах можно считать, что расход гумуса до 0,5 % от исходного содержания является несущественным. Вместе с тем, длительный, даже небольшой отрицательный баланс гумуса может привести к постоянной потере почвенного плодородия и падению урожаев.

И.Н. Листопадов (84) отмечает, что содержание гумуса в почве не изменялось в течении одной ротации многопольных севооборотов на обычном фоне удобрений. Оно несколько увеличивалось на повышенном и уменьшалось на не удобренной почве.

По данным И.В. Тюрина (142), при возделывании зерновых культур ежегодная минерализация гумуса в расчете на урожай зерна по 1 т/га составляет около 1 т на 1 га, а при возделывании пропашных культур усиливается вдвое.

М.М. Кононова (68) выделяет засуху в фактор, способствующий предохранению гумусовых веществ от быстрого вовлечения их в новые, биологические процессы и потери из почвы. На наш взгляд, последний тезис может быть убедителен потому, что в засушливых условиях, постоянный дефицит влаги ограничивает рост растений и активность микроорганизмов в почве, поэтому перегнойные соединения в таких условиях медленнее накапливаются и медленнее разрушаются.

В местных условиях, в борьбе с засухой, чистые пары признаны самым эффективным агроприемом, основой ведения зернового хозяйства на богаре. Размер их значителен: в настоящее время в сухостепной зоне каштановых почв под чистые пары отводится до 25 % пашни (98). Как следует из этого, здесь не исключается тот факт, что дисбаланс органического вещества в севооборотах может иметь место из-за повышенной его минерализации в паровом поле. По данным института механизации (ВНИИПТИХИМ) чистые пары ежегодно теряют по 2,2 т гумуса на 1 га (62).

Имеются сведения (39), что в интенсивном земледелии для поддержания бездефицитного баланса гумуса на черноземных и каштановых почвах Нижнего Поволжья необходимо внесение органических удобрений по 6-10 тонн в расчете на 1 га севооборотной площади.

Современный уровень земледелия поставил задачу обеспечения воспроизводства гумуса в почвах за счет создаваемого в агроценозах органического вещества. Крайне важно выявить эффективность культур в севооборотах на накопление органической массы в почве, ее плодородие.

В.Т. Лобков (85) в своих исследованиях утверждает, что биологизация земледелия включает в себя понятие максимального использования биологических факторов в системе, а также снижение антропогенной нагрузки на почву. Поэтому приемы биологизации должны быть увязаны с другими блоками системы земледелия, среди которых очень важным является почвозаu.;T . , кс~ ч ' т 4 ч . v si s !:г ; ^с о \ г, г ^ i < , то" ^оi , ? * г Г / ' I «I 4 * % ^ W ( ' культур в севооборотах ш яр]ящ;ишх нлодосмены. а также использование сидератов и нетоварной ч асти урожая на. удобрение, применение органических удобрений, интенсификация и максимальное использование симбиоти-ческой и ассоциативной азотфиксащи. Все эти факторы направлены на уменьшение величины разсмкнутссти круговорота веществ и энергии в аг~ роцеяозах. Решить вопросы расширения набора возделываемых культур позволит использование сидерации.

Б настоящее время принято считать, что растительные остатки, поступающие в почву, выполняют три. задачи: как источник азота и других элементов гжтавяя: для растетпш, шк источник органического вещества для раз-ВИ1ИЯ микробиолохичсской деятельности и как источник, материал для образования гумуса.

По исследованиям И.И. Лисиичешо (83) в зоне каштановых почв наибольшее количество растительных остатков после себя оставляют озимая рожь со среднегодовой массой 4,53-4,88 т/га, кукуруза 3,06 т/га, яровая пшеница 2,78-2,97 т/га, ячмень 2,61-2,92 т/га. По содержавши оргакич^сксго вещества - это равноценно 7-8 тонн навоза на 1 га шшши при содержании в нем: 75 % влага. Внесение навоза увеличивало наряду с продуктивностью севооборота и поступление в почву органики в 1,4 раза

Исследования Б.Ф, Кирдина и E.H. Саранииа (63) показывают, что внесешь навоза в начале ротации при равномерном перемоххшвашш его со всем пахотным слоем, вело к увеличению урожайности озимой шгсшщы на 0,58 т/га. При ярусном, способе з«деж>г .¡<огда удобрения распределяются в нижней части пахотного слоя, прибавка урожая составила 0,66 т/га. Глубокая заделка навоза и после дующее припахивагше к нему соломы, существенно повысили урожайность зерна ячменя, но максимальная урожайность всех куль» тур севооборота была получена при совместной заделки соломы и сидера-тов.

Есть сведения (103), что введение в севооборот бобовых культур и внесение иа 1 га до 130 кг минерального азота приводит к бездефицитному балансу гумуса и азота в почве.

В известных нам литературных источниках (9,11,13,15,27, 49,62,130, 132,134, 143) приводятся сведения о том, что положительное влияние донника на почву основано на его обогащении корневыми и пожнивными остатками с высоким содержанием азота. В исследованиях Краснокутской селекционной станции донник двулетний испытывали в качестве предшественника яровой пшеницы. Ее урожайность в среднем за 3 года (1963-1965 гг.) составила: по черному пару 1,51 т/га, по доннику 1,48 т/га, по кукурузе 1,35 т/га, по нуту 1,21 т/га, по просу 1,18 т/га. Примечательно, что донник в этих исследованиях проявил положительное последствие также на второй культуре -яровой пшенице. Ее урожайность оказалась на 0,16 т/га больше, чем в том случае,когда предшественником служила кукуруза (151).

В аналогичных исследованиях, проведенных П.А. Стецурой (132) на южных карбонатных черноземах Оренбуржья, донник двулетний после его уборки на сено служил предшественником яровой пшеницы. В этих условиях донник после себя оставил в пахотном слое по 17,5 т/га корней в воздушно-сухом состоянии, равноценных по содержанию органического вещества 50 т/га навоза. К посеву яровой пшеницы после донника увеличилось на 1018 % количество водопрочных агрегатов диаметром более 0,25 мм (в сравнении с паром), улучшилась также водопроницаемость, пищевой режим пахотного и подпахотного слоев, а урожайность второй после донника яровой пшеницы была выше на 0,24 т в сравнении со второй после пара пшеницей.

К.И. Довбан (42) считает, что «зеленое» удобрение является важным резервом пополнения недостающего количества органических удобрений, улучшает водно-физические, биологические и химические свойства почвы, выполняет фитосанитарную роль - снижает засоренность и повреждаемость болезнями и вредителями возделываемых культур, до минимума уменьшает водную и ветровую эрозию почвы и предотвращает миграцию элементов питания в глубокие слои почвы. Сидераты после запашки обеспечивают растения необходимыми элементами питания равномерно на протяжении всего вегетационного периода, что положительно влияет на улучшение качественных показателей выращиваемой продукции. Дешевизна сидерации и высокая ее эффективность способствуют снижению затрат энергоресурсов и себестоимости возделываемых культур.

H.A. Максютов и Г.А. Кремер (89) отмечают, что сидеральные культуры повышают плодородие почвы за счет улучшения минерального питания, в основном азотного, а также обогащают почву органическим веществом и предотвращают тем самым биологическую эрозию, замедляя минерализацию гумуса в парах.

Применение сидеральных культур, особенно бобовых, дает возможность обойтись без азотных удобрений, т.к. разложение «зеленой» массы в почве идет в течении 2-3-х лет с высвобождением биологического азота. Сидераты позволяют получать экологически чистую продукцию высокого качества, улучшают состояние окружающей среды.

В.Я. Шагаев и М.И. Ходько (149), считая донник лучшим сидератом для засушливых районов Поволжья отмечают, что из растительной массы донника в почве образуется более 2 т/га активного гумуса. Такой высокий коэффициент гумификации донника обслуживается благоприятным соотношением в нем углерода и азота.

По данным Иркутского СХИ, при запашке 36 т/га измельченного донника в пару прибавка урожая яровой пшеницы была на 33 % выше, чем применение навоза внесенного в той же норме (43).

В.И. Кирюпшн, ПЛ. Стецура, ПН, Назарешсо (64),исследуя эффективность донникового пара в степной зоне Сибири пришли; ж выводу, что после донникового пара по сравнению с чистым улучшилась структура тяжезюсуг-лшшстой почвы, увшгатаяась водопроницаемость подпахотных горизонтов, за счет крупных корневых ходов донника. Так же тфеимущество донникового пара отмечено не только в накоплении дополнительного азота, но и постепенном его высвобождении.

Х.Х. Хабибрахманов, М.Р. Лотфуллин (145) утверждают, что предварительное измельчение «зеленой» массы донника повысило урожайность озимой ржи на 0,15-0,18 т/га но сравнению с прикатываякем без измельчения. Прибавка урожая при межой (14-16 см) заделке плугом по сравнению с глубокой (20-25 см) составила 0,14-0,17 т/га.

Исследования К.И. Довбана (42) показывают, что при совместно пользовании еидерата и соломы достигается оптимальное сочетание углерода и азота (С/Ы = 20-30 : 1), в результате чего разложение органического вещества протекает нормально.

А.В. Ржовский (115) же утверждает, что процессам гуодфтнщш органических удобрений, а также растительных остатков препятствует очень узкое шш чрезмерно широкое отношение углерода к азоту. В первом случае активизируется процесс минерализатщи, во втором: - по причине иммобилизации микрофлорой азота почвы не происходит интенсивной и:шлегоацш органических осадков, что приводит к образованию токсических веществ и так называемому «азотному голодашзю». Оптималыпяе условия гашадываются при отношения ушерод : азот в пределах 14-26. Наиболее высоким является отношение углерода к азоту в соломе (35), подземных остатках зерновых культур (24).

Научно-обоснованное построение структуры посевов в агроце-нозе с учетом гумусообразугопрсг особенностей культур, максимальное использо» вание местных органических удобрений позволит поддерживать гумусное состояние почв в относительно благоприятном режиме их плодородия.

В.М. Хлопов (146), К.И. Саранини др. (120), И.Г. Каяиненко (62), H.A. Сидоренко и др. (126), не отрицая роли сидератов в повышении почвенного плодородия, считают, что в современном учении о севооборотах настало время восстановить утраченное законное место многолетних трав. Сторонники полевого травосеяния не без оснований считают, что с введением зер-нопаротравяных севооборотов постепенно исчезнут существующие в настоящее время в земледелии «язвы»: возрастет плодородие почв, соответственно увеличатся урожаи зерновых культур, резко улучшится качество зерна.

В полевых опытах A.A. Поливоды и В.А. Мороза (104) было выявлено, что главное преимущество донника - его пригодность для выращивания на низкоплодородных, песчаных, глинистых и солонцеватых почвах. Донник на 1 га при урожае зеленой массы 30,0-40,0 т/га оставляет в корневых и пожнивных остатках 250-500 кг биологического азота, что соответствует внесению 40-60 г навоза.

По мнению В.М. Тужилина (138),донник желтый во второй год жизни накапливает 50,6 т/га биомассы, в том числе 33,4 т/га зеленой массы и 17,2 т/га корневых остатков, в которых содержится азота - 230 кг/га, фосфора - 72 кг/га и калия - 310 кг/га, что эквивалентно 45 т подстилочного навоза.

Исследования В.В. Паршикова (101) также показывают, что донник желтый в слое 0-30 см оставляет после себя растительных остатков 9,9 т/га, в результате чего, поступление в почву питательных веществ с растительными остатками составило: азота -160,4 кг/га и фосфора - 29,7 кг/га.

В.К. Дридигер, С.И. Данко, C.B. Ахцигер (47) сообщают, что корневая система донника обладает способностью использовать элементы питания из труднорастворимых соединений, которые после разложения корневых и пожнивных остатков становятся доступными для других растений. Донник содержит в себе кумарин - вещество безвредное для сельскохозяйственных животных, является и санитарной культурой. При разложении в почве, кумарин превращается в дикумарин, который вызывает гибель почвообитающих вредителей и возбудителей болезней сельскохозяйственных культур.

По данным В.М. Тужилина, A.B. Быкова (138), донник экономически выгодно запахивать во второй год жизни, когда сформируется более высокий урожай биомассы, он хорошо переносит подпокровный посев и устойчив к пастьбе скота.

В исследованиях Ю.М. Возняковской, Ж.П. Поповой, A.B. Никоноро-вой (22) выявлено, что сидеральные удобрения являются эффективным средством, стимулирующим размножение почвенных микроорганизмов и являются регулятором почвенно-микробиологических процессов, способствуют улучшению фитосанитарного состояния почвы.

Практика сельского хозяйства показывает, что повышение продуктивности земель, их охрана от разрушения и деградации возможна лишь на основе внедрения системы земледелия на ландшафтно-экологической основе . Важное значение в данной системе земледелия принадлежит биологизирон-ным севооборотам, где вопросы продуктивности, сохранения плодородия почвы решаются через насыщение их зернобобовыми культурами, многолетними травами, сидералъными культурами. Известно, что внесение навоза является дорогостоящим приемом и кроме того трудно обеспечить его в нужных количествах. Наиболее приемлемым является расширение биологи-зированных севооборотов, в которых все растительные остатки убираемых культур вносятся в почву, широкого использования биологического азота.

В Нижнем Поволжье подобных исследований проводилось крайне недостаточно, а данных о применении донника в виде сидерата на каштановых почвах вообще нет.

Поэтому, цель наших исследований заключалась в том, чтобы изучить действие и последствие донника, как зеленого удобрения в наиболее типичных звеньях севооборотов на каштановых почвах Волгоградской области.

II. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИХ