Экспериментально-теоретическое обоснование технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в юго-западной части Центрального региона России при биологизации земледелия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.01, доктор сельскохозяйственных наук Сорокин, Александр Егорович

• Сорокин, Александр Егорович
• доктор сельскохозяйственных наук
• 2011

Оглавление диссертации доктор сельскохозяйственных наук Сорокин, Александр Егорович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КОРМОВЫХ БОБОВ

1.1. Биологические особенности яровых зерновых и кормовых бобов.

1.2. Особенности технологий возделывания яровых зерновых и кормовых бобов

1.2.1. Размещение в севообороте.

1.2.2. Минеральное питание и удобрение.

1.2.3. Система обработки почвы.

1.2.4. Посев.

1.2.5. Сорт как биологический фундамент технологии возделывания.

1.2.6. Уход за посевами.

1.2.7. Уборка урожая.

1.3. Биологизация земледелия как основа развития современного сельского хозяйства.

2. УСЛОВИЯ, ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Место проведения полевых опытов.

2.2. Метеорологические и почвенные условия.

2.3. Программа и методика исследований на стационарном полевом опыте.

2.4. Характеристика сортов, изучаемых на опытном поле Брянской ГСХА.

3. АГРОХИМИЧЕСКОЕ, АГРОФИЗИЧЕСКОЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР.

3.1. Агрохимическая и агрофизическая характеристика почв.

3.2. Экологическая характеристика серой лесной почвы опытного поля.

3.2.1. Технологические особенности сопротивления почв размыву в зависимости от возделываемой культуры.

3.2.2. Влияние технологии возделывания на динамику численности почвенной мезофауны.

4. ИЗМЕНЕНИЕ СЕГЕТАЛЬНОЙ ФЛОРЫ АГРОФИТОЦЕНОЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ.

4.1. Видовой состав сегетальной флоры в посевах.

4.2. Сорный компонент агрофитоценоза в зависимости от технологии возделывания.

4.3. Элементный состав зеленой массы сорняков.

4.4. Влияние гербицидов нового поколения на состояние сегетальной флоры в посевах ячменя и овса.

5. ПРОГРАММИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ УРОЖАЕВ.

5.1. Программирование урожаев.

5.2. Моделирование урожайности.

6. УРОЖАЙНОСТЬ КУЛЬТУРНОГО КОМПОНЕНТА ЯРОВОГО АГРОЦЕНО-ЗА В СВЯЗИ С БИОГЕННЫМ И АНТРОПОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ.

6.1. Урожайность в зависимости от метеорологических условий и технологий возделывания.

6.1.1. Яровая пшеница.

6.1.2. Ячмень.

6.1.3. Овес.

6.1.4. Кормовые бобы.

6.2. Урожайность яровых культур в зависимости от приемов обработки почвы, системы удобрения и защиты растений.

6.2.1. Яровая пшеница.

6.2.2. Ячмень.

6.2.3. Кормовые бобы.

6.3. Урожайность культур при исследовании действия различных средств химизации.

6.3.1. Влияние препарата гумистим на урожайность ячменя, овса и кормовых бобов.

6.3.2. Влияние новых гербицидов на урожайность ячменя и овса.

6.3.3. Урожайность кормовых бобов в зависимости от применения микроэлементов.

6.4. Оценка продуктивности севооборота.

6.5. Урожайность, адаптивность и пластичность новых сортов ячменя и овса

6.5.1. Урожайность и адаптивность сортов ячменя и овса.

6.5.2. Пластичность и стабильность сортов ячменя и овса.

7. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И СОРТА НА КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ.

7.1. Физические и биохимические показатели качества продукции в зависимости от технологии возделывания.

7.1.1. Физические показатели качества.

7.1.2. Биохимические показатели качества.

7.2. Физические и биохимические показатели качества зерна новых сортов яровых зерновых культур.

7.3. Минеральный состав продукции в зависимости от применяемых технологий и сорта.

7.3.1. Видовые различия по минеральному составу продукции.

7.3.1.1. Яровые зерновые культуры.

7.3.1.2. Зернобобовые культуры.

7.3.2. Минеральный состав яровых зерновых культур и кормовых бобов в зависимости от технологии возделывания.

7.3.3. Сортовые различия яровых зерновых культур по минеральному составу

7.3.3.1. Яровая пшеница.

7.3.3.2. Ячмень.

7.3.3.3. Овес.

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КОРМОВЫХ БОБОВ.

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментально-теоретическое обоснование технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в юго-западной части Центрального региона России при биологизации земледелия»

Актуальность темы. Во многих странах из-за последовательного проведения программ химизации и мелиорации химическая нагрузка на поля и другие компоненты агроландшафта росла в геометрической прогрессии. Интенсивное использование азотных и фосфорных удобрений в период с 1960 по 2000 гг. привело к значительному истощению естественного плодородия почв, ухудшению качества воды, воздуха и сельскохозяйственной продукции (Bumb, Baanante, 1996.; Pinstrup-Anderson, Pandy-Lorch, Rosegrant, 1997; Tilman, Fargione, Wolff, et al. 2001.; Vance, 2001).

В мировой практике прослеживается тенденция снижения доз применяемых минеральных удобрений и возрастания роли их интегрированного использования (по экономическим и экологическим соображениям) с агротехническими приемами, направленными на поддержание естественного плодородия почв, включая научно обоснованные севообороты, мероприятия, направленные на повышение биоразнообразия полезной почвенной мезо- и микрофауны.

Развитие и внедрение экологически ориентированных систем сельского хозяйства, получение экологически безопасных продуктов питания является одним из наиболее перспективных направлений развития современного сельского хозяйства.

Многолетние исследования, выполненные в Брянской ГСХА (Мальцев, Ториков, Мельникова и др., 2005; Улитенко, 1997; Юдин, 1999; Сорокин, 2003; Зуке, 2005; Прокопенков, 2008; Малявко, 2009) свидетельствуют, что при более полной реализации всех факторов биологизации, без применения средств химизации, на серых лесных хорошо окультуренных почвах можно получать урожайность зерновых культур около 30 ц/га и высокий урожай других культур. При внесении минеральных удобрений из расчета (ТЧРК)зо-45 и пестицидов урожайность возрастает до 40 ц/га. При этом можно иметь самые высокие экономические показатели производства продукции растениеводства с одновременным исключением загрязнения окружающей среды. В условиях биологизации земледелия возделывание кормовых бобов в севооборотах, основанных на принципах плодосмена, приобретает особую актуальность.

В связи с этим необходимо совершенствовать технологии возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов.

Цель исследований — изучить технологические особенности возделывания яровой пшеницы, ярового ячменя, овса, кормовых бобов, установить закономерности формирования урожайности и качества, засоренности и минерального состава зерна и семян изучаемых культур в зависимости от новых элементов технологии возделывания. Сравнить новые сорта ячменя и овса по показателям: урожайности, адаптивности, пластичности, стабильности, качеству зерна. Изучить агрохимический, агрофизический и минеральный состав почвы, минеральный состав сорных и культурных растений, а также определить коэффициенты накопления тяжелых металлов.

В задачи исследований входило:

1. Изучить биологические и технологические особенности возделывания яровых зерновых и кормовых бобов.

2. Дать обоснование биологизации земледелия как основы развития современного сельского хозяйства.

3. Изменение показателей почвенного плодородия и фитосанитарного состояния почв в зависимости от технологии возделывания.

4. Установить динамику сегетальной флоры в посевах яровых зерновых культур и кормовых бобов в зависимости от технологии возделывания.

5. Разработать теоретические и практические вопросы программирования урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от структуры урожая, влаго-, теплообеспеченности, прихода ФАР. Построить модели урожайности яровых зерновых культур и кормовых бобов на основе корреляционно-регрессионного анализа.

6. Установить закономерности формирования урожайности, адаптивности, пластичности и стабильности новых сортов ячменя и овса.

7. Оценить качество основной продукции исследуемых культур в зависимости от технологии возделывания и сорта.

8. Дать анализ минерального состава сельскохозяйственной продукции в зависимости от рода, сорта и технологии возделывания.

9. Определить экономическую эффективность возделывания изучаемых культур.

Объекты исследований — яровая пшеница, ячмень, овес, кормовые бобы, технологии их возделывания и сорта изучаемых яровых зерновых культур.

Научная новизна. 1. Впервые в юго-западной части Нечерноземной зоны России дана оценка технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в севооборотах с разной степенью насыщенности средствами химизации, применением микроэлементов и биологически активных препаратов.

2. Разработаны модели формирования потенциальной урожайности яровых зерновых культур и кормовых бобов.

3. Дан анализ изменения динамики видового состава сорняков в посевах полевых культур в зависимости от технологий возделывания и погодных условий. Определены коэффициенты корреляции, регрессии, детерминации, составлены уравнения регрессии.

4. Исследованы показатели плодородия и фитосанитарного состояния почвы, рассчитаны оптимальные дозы минеральных удобрений на планируемый уровень урожайности и коэффициенты накопления тяжелых металлов.

5. Выявлены изменения минерального состава у сортов яровых зерновых культур, кормовых бобов и сорных растений, рассчитаны коэффициенты накопления.

6. Дана агрономическая оценка применения новых пестицидов на посевах ячменя и овса.

7. Показана экономическая эффективность биологизации технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов (использования навоза, зеленых удобрений и соломы на удобрение).

8. Даны практические рекомендации производству по использованию альтернативных и биологических технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в севооборотах, основанных на принципах плодосмена.

Практическая значимость проведенных исследований состоит в возможности прогнозирования урожайности зерновых и зернобобовых культур, демонстрации возможности получения высоких урожаев с хорошим качеством продукции, включая минеральный состав, при применении альтернативных и биологических технологий возделывания.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: «Новые идеи, технологии, проекты и инвестиции. Брянск, 2001», «Использование достижений современной биологиче- < ской науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии, ветеринарии. Брянск, 2003», «Производство экологически безопасной продукции растениеводства и животноводства. Брянск, 2004», «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур», научная конференция ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. М, 2006», «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур», научная конференция ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. М, 2007», «Актуальные направления биологи-зации земледелия и программирования урожая сельскохозяйственных культур. Брянск, 2007», «Социальная миссия кооперации через реализацию национальных проектов. Брянск, 2007», «Вклад молодых ученых в реализацию приоритетного национального проекта «Развитие агропромышленного комплекса». Троицк, 2008», «Биологизация земледелия в Нечерноземной зоне России. Брянск, 2010», а также ежегодно докладывались на заседаниях кафедры растениеводства и общего земледелия ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модели формирования потенциальной урожайности яровых зерновых культур и кормовых бобов для условий юго-западной части Нечерноземной зоны России.

2. Изменение урожайности культур в зависимости от технологий возделывания.

3. Роль сорта в повышении урожайности культур, оценка адаптивного потенциала, пластичности и стабильности новых сортов яровых зерновых культур.

4. Влияние технологий возделывания на изменение засоренности посевов.

5. Качество зерна в зависимости от сорта, технологий и условий возделывания.

6. Изменение минерального состава зерна в зависимости от технологии возделывания и сорта.

7. Экономическая эффективность технологий возделывания.

По теме диссертации опубликовано 42 работы, в т.ч. 11 — в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личное участие автора составляет около 80%. Автором непосредственно получены данные по яровой пшенице и около 95% данных по овсу, в 20022004 гг. данные по ячменю были получены совместно с к.с.-х.наук Зуке А.Ж. и Де Соуза Нето Ф.Ф., с 2005 по 2008 гг. данные по ячменю были получены непосредственно автором, в 2003-2005 гг. данные по кормовым бобам были получены совместно с к.с.-х. наук И.А. Самусенко, в 2002 году данные по кормовым бобам были получены автором. Все виды анализов, кроме биохимических анализов (за исключением 2007-2008 гг.) выполнялись в лаборатории ИКС, стандартизации и основ научных исследований, а также лаборатории технологии производства продукции растениеводства; биохимические анализы проводились в специализированных лабораториях, о чем говорится в соответствующих разделах. Данные по сортам (кроме минерального состава) были получены совместно со специалистами Брянского филиала ФГУ «Госсорткомиссия», проанализированы и самостоятельно обработаны автором.

Автор выражает благодарность за помощь в проведении исследований и написании диссертационной работы научным консультантам -— Заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессоруІВ.Ф. Мальцеву!. Заслуженному работнику сельского хозяйства РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Торикову В.Е., доктору с.-х. наук, профессору Белоусу Н.М., директору опытной агрономической станции Брянской ГСХА Ляхову В.А., кандидатам с.-х. наук Прокопенкову A.B., Шапочкину С.С., сотрудникам кафедры растениеводства и общего земледелия Брянской ГСХА: доктору с.-х. наук, профессору Звереву В.А., докторам с.-х. наук Мельниковой О.В., Малявко Г.П., кандидатам с.-х. наук Юдину A.C.; Самусенко И.А., Зуке А.Ж., де Соуза Н.Ф.Ф., сотрудникам межкафедральной лаборатории Брянской ГСХА.

Заключение диссертации по теме «Общее земледелие», Сорокин, Александр Егорович

Заключение

1. Физические показатели качества в различные годы по разным культу-Масса 1000 зерен, натура, выравненность, пленчатость зерна в различные годы по разным культурам имели множественные несущественные различия между технологиями возделывания.

2. Содержание протеина снижалось с понижением насыщения технологии средствами химизации (с 17,4 до 15,7% по яровой пшенице, с 12,5 до 11,3% по ячменю, с 13,1 до 12,5% по овсу и с 26,2 до 24,4% по кормовым бобам в среднем за годы исследований). Существенного влияния на другие химические показатели качества зерна различные технологии не оказывали. На содержание протеина в семенах кормовых бобов оказывали применение микроудобрений — достоверно повышается содержание протеина при применении молибдено-во-кислого аммония (на 1,6%), сернокислого марганца (на 3,1%) и сернокислого магния (на 2,2%). Содержание золы не зависело от применения микроудобрений; содержание Сахаров возрастает — наибольшее увеличение обеспечивали молибденово-кислый аммоний (+1,4%), сернокислый цинк (+1,4%) и сернокислый никель (+1,7%).

В зерне яровой пшеницы Лада достаточно высокое содержание сырой клейковины по всем изучаемым технологиям, которое уменьшается со снижением химической нагрузки, но, тем не менее, зерно, выращенное по альтернативной и биологической технологиям содержит более 23% сырой клейковины II группы качества и может быть оценено 3 классом, что неплохо в современных условиях, когда большая часть зерна оценивается 4-5 классами.

3. По содержанию белка, как основного лимитирующего показателя качества пивоваренного ячменя, на пивоваренные цели подходит ячмень Эльф, выращиваемый только по биологической технологии (<12%); то же относится к солоду, получаемому из этого зерна. Наиболее приближена к этому варианту альтернативная технология.

Оцениваемые сорта ячменя имели преимущественно хорошую выравнен-ность, лучшая выравненность наблюдалась у новых сортов (>90%). По натуре зерна (>630 г/л) для переработки в крупу в среднем за исследуемые годы подходят сорта Эльф, Маргрет, Раушан, Якобинец, Бином, Московский 2, Московский 3, Зазерский 85, Прима Белоруссии, Пасадена, Визит, Филадельфия, Турингия, Толар, Владимир, Ассоль.

Сорта ячменя, удовлетворяющие требованиям к пивоваренному ячменю по содержанию белка: Прометей, Изабелла, Беатрис, Малз, Арбалет, а по способности к прорастанию (>95%) пригодны лишь Прометей и Изабелла.

По крупяным качествам лучшим сортом овса по комплексу показателей был сорт Гунтер, а не соответствовал технологическим требованиям сорт Улов.

4. Родовые различия исследуемых сортов яровой пшеницы, ячменя и овса значительные. Наиболее благоприятным минеральным составом характеризуется зерно овса по большинству макроэлементов. Так, содержание калия в зерне овса достигает 5600 мг/кг, кальция — 460, натрия - 32 и серы — 1100 мг/кг. По количеству микроэлементов также имеются достоверные различия. Некоторые микроэлементы невозможно сравнить из-за присутствия их в следовых количествах. Зерно яровой пшеницы можно охарактеризовать как наиболее богатое марганцем (27 мг/кг), ячменя - цинком (24 мг/кг), овса - молибденом (1,0 мг/кг), никелем (2,9 мг/кг) и кремнием (840 мг/кг). По содержанию токсичных элементов также имеются достоверные различия: алюминия больше накапливается в зерне ячменя, кадмия - в зерне яровой пшеницы.

Кормовые бобы содержали повышенное по сравнению с яровой пшеницей количество фосфора, калия, кальция, натрия, серы, железа, бора, меди, кобальта, никеля, алюминия.

Интенсивные технологии возделывания, применяющиеся на протяжении 25 лет на опытном поле Брянской ГСХА, ведут в основном к обеднению минерального состава зерна. В вариантах биологической технологии в зерне увеличивается концентрация фосфора, калия, кальция, серы, магния, железа, меди,

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КОРМОВЫХ БОБОВ

Любая работа должна помимо агрономической комплексной оценки технологий возделывания включать оценку технологий и применяемых приемов с точки зрения экономики.

Как показывают многочисленные исследования (Мальцев, 1991; Улитен-ко, 1997; Лямцев, 1999; Сорокин, 2003; Зуке, 2005; Де Соуза нето, 2005; Камков, 2006; Самусенко, 2006), несмотря на снижение урожайности яровых зерновых > культур при переходе к биологическим технологиям, затраты в этих технологиях также резко снижаются за счет того, что не приобретаются средства химизации, затраты на которые в интенсивных технологиях составляют значительную долю. Тем более это относится к кормовым бобам, которые не только не уменьшают свою урожайность при биологической технологии возделывания, а, наоборот, ее увеличивают при снижении производственных затрат.

Расчет экономической эффективности выполнен на основе типовых технологических карт, а также исходя из фактического уровня цен на материально-технические ресурсы и сельскохозяйственную продукцию, сложившуюся за годы исследований. При этом распределения затрат на органические удобрения по последующим после картофеля культурам севооборота не проводилось.

В современных условиях сельскохозяйственного производства большой удельный вес в структуре затрат приходится на минеральные удобрения и химические средства защиты растений из-за их высокой отпускной цены. Поэтому и расчет экономической эффективности показывает необходимость уменьшения их использования на основе увеличения применения всевозможных форм органических удобрений, что помимо экономического эффекта имеет высокий экологический эффект.

Результаты определения экономической эффективности технологий в зависимости от насыщенности средствами химизации представлена в таблице 158. в зависимости от насыщенности средствами химизации техно-ло-гии Варианты систем удобрений и защиты растений Средняя урожайно ст ь, ц/га Стоимость валовой продукции, руб/га Производственные затраты, руб/га Производстве нная себестоимость, руб/ц Чистый ДОХОД, руб/га Рентабельность, % Окупаемость, раз

Яровая пшеница (2000-20 03 гг.)

1 (ЫРК)120+МЭ+ЗУ+ с+н+п 36,6 18300 15373,1 420,0 2926,9 19,0 0,19

2 (ЫРК)9о+МЭ+Н+3 У+С+П 36,2 18100 13216,0 365,1 4884,0 37,0 0,37

3 О1РК)60+Н+ЗУ+С+ МЭ+ПУ 33,2 16600 8178,5 246,3 8421,5 103,0 1,03

4 Н+ЗУ+С 29,0 14500 3029,0 104,5 11471,0 378,7 3,79

Ячмень (2002-2 008 гг.)

1 №К),20+ЗУ+С+П 36,3 16335 13192,3 363,4 3142,7 23,8 0,24

2 О1РК)90+Н+П 37,4 16830 11039,4 295,2 5790,6 52,5 0,52

3 (ЫРК)60+ЗУ+С+ Н+Пу 37,3 16785 8080,3 216,6 8704,7 107,7 1,08

4 Н+ЗУ + с 27,7 12465 2915,3 105,2 9549,8 327,6 3,28

Овес (2005-20 08 гг.)

1 0ЧРК),20+ЗУ+С+П 36,0 14400 14350,7 398,6 49,3 0,3 0

2 (№К)90+Н+П 38,2 15280 12201,0 319,4 3079,0 25,2 0,25

3 (ЫРК)б0+ЗУ+С+ Н+Пу 36,4 14560 8402,1 230,8 6157,9 73,3 0,73

4 Н+ЗУ + с 31,1 12440 2265,0 72,8 10175,0 449,2 4,49

Кормовые бобы (20 02-2005 гг.)

1 ^5(РК),05+ЗУ+ с+п 30,7 30700 15357,6 500,3 15342,4 100,0 1

2 Ызо(РК)7о+Н+ П 33,0 33000 14040,5 425,5 18959,5 135,0 1,35

3 Ы,5(РК)з5+Н +ЗУ+С+Пу 36,2 36200 12790,8 353,3 23409,2 183,0 1,83

4 Н+ЗУ+С 37,2 37200 8462,6 227,5 28737,4 339,6 3,4

Оценка экономической эффективности возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов показывает, что при снижении уровня применения средств химизации затраты на минеральные удобрения и пестициды резко совых бобов по биологической технологии

Наибольшие затраты в биологической технологии возделывания кормовых бобов приходятся на семенной материал и значительно меньшие — на ГСМ, остальные статьи издержек значительно ниже.

Помимо технологий в зависимости от насыщенности средствами химизации нами были оценены технологии возделывания ячменя, овса и кормовых бобов в зависимости от применения гуминового препарата гумистим и ячменя и овса в зависимости от применения различных гербицидов на фоне (ТЧРК)6о- Результаты отражены в таблицах 159-163.