Влияние механического уплотнения серой лесной почвы на ее свойства и эффективность применения минеральных удобрений и средств защиты растений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, кандидат сельскохозяйственных наук Колышкин, Александр Александрович

• Колышкин, Александр Александрович
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Колышкин, Александр Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Влияние ходовых систем сельскохозяйственной техники на почву.

1.2. Влияние уплотнения на изменение агрофизических свойств почвы и формирование корневой системы растений.

1.3. Динамика биологической активности почвы под влиянием уплотнения и средств химизации.

1.4. Влияние механического уплотнения почвы и минеральных удобрений на урожайность полевых культур.

1.5. Мероприятия по снижению уплотняющего воздействия ходовых систем МТА на почву.

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Особенности метеорологических условий в годы проведения опытов.

2.2. Почвенная характеристика опытного участка.

2.3. Схема опыта.

2.4. Методика полевых и лабораторных исследований.

3. ФОРМИРОВАНИЕ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ЯЧМЕНЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ СЕРОЙ

ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ.

3.1. Изменение плотности сложения серой лесной почвы в зависимости от степени уплотнения.

3.2. Изменение массы и глубины проникновения корневой системы при уплотнении почвы и применении минеральных удобрений.

4. ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИТРАТНОЙ И АММИАЧНОЙ ФОРМ АЗОТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ И ПРИМЕНЕНИЯ

СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ.

4.1. Изменение содержания нитратного азота.

4.2. Изменение содержания аммиачного азота.

5. ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ, МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ.

5.1. Целлюлозолитическая активность.

5.2. Интенсивность выделения почвой диоксида углерода.

6. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ, МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ И СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ НА УРОЖАЙНОСТЬ, КАЧЕСТВО, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕРНА.

6.1. Урожайность ячменя

6.2. Отдельные показатели качества зерна ячменя.

6.3. Химический состав зерна ячменя.

6.4. Элементы структуры урожая ячменя.

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯЧМЕНЯ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ ПОЧВЫ.

ВЫВОДЫ.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние механического уплотнения серой лесной почвы на ее свойства и эффективность применения минеральных удобрений и средств защиты растений»

Одним из условий получения высокой урожайности сельскохозяйственных культур является не только применение средств химизации, среди которых лидирующую роль занимают минеральные удобрения, но и правильное и рациональное использование сельскохозяйственной техники.

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства одним из определяющих требований к почвообрабатывающей технике является повышение ее производительности. Сокращение затрат на единицу площади обусловливает необходимость использования тяжелой энергонасыщенной техники, которая за один проход способна выполнять большое количество операций. Повышение же ее производительности не только приводит к росту ее массы, но и увеличивает механическое воздействие ходовых систем на почву, что может привести к труднообратимым изменениям почвенных характеристик и другим негативным последствиям.

Проблемой уплотнения почвы движителями сельскохозяйственных машин занимались многие исследователи как в нашей стране (И.Б. Ревут, 1971; В.Н. Шептухов, 1979; А.И. Пупонин, Н.С. Матюк, 1980; В.В. Медведев, 1984; А.Г. Бондарев, 1985; П.М. Сапожников, 1986; В.А. Русанов, 1994), так и за рубежом (Е.Р. Adams, 1960; G.D. Brill, 1961; W.R. Gill, 1971; Z.Y. Murel, 1984). Разработаны временные рекомендации, предложены конструкторские решения, способствующие уменьшению отрицательного воздействия ходовых систем сельскохозяйственной техники на почву.

Однако большинство вопросов, связанных с переуплотнением почв, изучено недостаточно. Поэтому, учитывая весьма высокий экономический эффект, получаемый при решении экологической проблемы воздействия движителей на почву, можно утверждать, что работы, проводимые в этом направлении, являются актуальными и приоритетными, имеющими огромное теоретическое и практическое значение для всего мирового сообщества.

Цель и задачи исследований. Основной целью наших исследований явилось изучение вопросов о влиянии механического уплотнения на свойства серой лесной почвы, эффективности применения минеральных удобрений и средств защиты растений в условиях лесостепи юга Нечерноземной зоны.

Программа исследований включала следующие задачи:

- установить закономерности изменения агрофизических и агрохимических свойств почвы с увеличением техногенной нагрузки;

- определить влияние механического уплотнения и минеральных удоб-ф. рений на изменение массы и глубины проникновения корневой системы;

- проанализировать изменение содержания аммиачной и нитратной форм азота при увеличении плотности почвы и применении минеральных удобрений и средств защиты растений;

- выявить влияние механического уплотнения и применения средств химизации на целлюлозолитическую активность и интенсивность выделения диоксида углерода почвой;

- дать оценку влияния минеральных удобрений, средств защиты растений и их комплексного применения на урожайность, качество, химический состав и элементы структуры урожая ячменя при различной плотности сложения серой лесной почвы.

Научная новизна. Впервые в условиях Республики Мордовия на серой лесной почве проводились исследования по изучению закономерностей изменения свойств почвы под воздействием тяжелой техники.

Сформулированы и обоснованы общие принципы изменения агрофизических и биологических свойств почвы под воздействием ходовых систем тяжелой энергонасыщенной техники.

Установлены закономерности изменения качественных параметров и элементов структуры урожая на серой лесной почве под влиянием сельскохозяйственной техники, применения удобрений и комплекса ^ средств защиты растений.

Определены оптимальные дозы минеральных удобрений при применении тяжелой энергонасыщенной техники, предложены направления (агротехнические, биологические, организационные, инженерно-технические) по снижению отрицательного воздействия ходовых систем современной сельскохозяйственной техники на почву.

Дана экономическая оценка возделывания ярового ячменя при различной плотности сложения серой лесной почвы.

Практическая значимость и реализация результатов исследований.

Основные результаты исследований будут внедрены в производство растениеводческой продукции и использованы при разработке интенсивных технологий (технологических схем) и усовершенствовании существующих технологий возделывания сельскохозяйственных культур с учетом использования тяжелой энергонасыщенной техники на серой лесной почве в условиях РМ.

Выявленные закономерности позволят на научной основе своевременно предупреждать возникновение техногенной деградации почв республики, что позволит предотвратить негативное влияние чрезмерного механического уплотнения почв на их основные агропроизводственные свойства, повысить эффективность применения удобрений и средств защиты растений, увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур и улучшить их качественные показатели, прогнозировать степень уплотнения и разуплотнения почвы во времени и роли химизации в этих процессах, а также установить оптимальные параметры плотности сложения пахотного слоя почвы при возделывании сельскохозяйственных культур.

Помимо сельскохозяйственных предприятий РМ данная работа может быть успешно внедрена и в соседствующих с республикой регионах, имеющих аналогичные (сходные по генезису) почвенные разновидности.

Материалы исследований планируется использовать в учебном процессе при проведении занятий по курсам «Агрохимия», «Земледелие», «Эрозия почв и рекультивация земель», «Баланс питательных веществ в земледелии» со студентами специальностей «Агрономия», «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» Аграрного института ГОУВПО «Мордовский госуниверситет им. Н. П. Огарева».

На защиту выносятся следующие основные положения:

- закономерности изменения агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия серых лесных почв с увеличением техногенной нагрузки и применением средств химизации;

- изменение массы и глубины проникновения корневой системы в процессе использования ходовых систем тяжелой сельскохозяйственной техники и применения средств химизации;

- обоснование влияния ходовых систем тяжелой энергонасыщенной техники, минеральных удобрений, средств защиты растений и их комплексного применения на урожайность, качество и элементы структуры урожая ячменя при различной плотности сложения серой лесной почвы, а также их экономическая оценка.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на заседании кафедры агрохимии и почвоведения ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» (Саранск 2003-2005); на региональной научной конференции «Молодые ученые - агропромышленному комплексу» (Казань, 2004); на научной конференции «XXXIII Огаревские чтения (естественные и технические науки)» (Саранск, 2005); на II Международной межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования» (Самара, 2005); на межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола, 2005); на X научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского университета (Саранск, 2005).

Публикация результатов исследований. По материалам исследований опубликовано пять научных статей.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 283 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, рекомендаций производству, включает 38 таблиц, 10 рисунков, 134 приложения. Список использованных источников содержит 190 наименований, в том числе 15 - на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Агрохимия», Колышкин, Александр Александрович

выводы

На основании проведенных нами исследований можно сделать следующие выводы:

1. Под воздействием ходовых систем тяжелых тракторов типа Т-150К в условиях юга Нечерноземной зоны России происходит изменение плотности сложения серой лесной тяжелосуглинистой почвы. Если на контрольном варианте плотность сложения составила 1,20 г/см , то при увеличении воздействия Л на почву она возросла на 0,14 - 0,23 г/см . Уплотняющее воздействие распространялось на глубину до 1 м, а при суммарном многократном воздействии движителей на почву происходило накопление уплотнения в пахотном и подпахотных слоях. Возврат почвы к равновесному состоянию за осенне-зимне-весенний период происходил только при однократном уплотнении.

Плотность почвы за вегетацию в пахотном слое в среднем за три года исследований была наименьшей на неуплотненной почве. Величина ее плотности при однократном уплотнении находилась в пределах оптимальных значений, которые для полевых культур на серых лесных тяжелосуглинистых почвах составляют 1,10-1,25 г/см3.

2. Изучение влияния механического уплотнения и минеральных удобрений на развитие корневой системы ячменя показало, что на неуплотненной почве корни развивались лучше, чем по колее, причем чем сильнее было уплотнение, тем меньше формировалось корней. В среднем за исследуемый период произошло уменьшение массы корней от уплотнения почвы с 236,7 до 96,7 г/м2, т. е. на 59 %. Минеральные удобрения независимо от степени уплотнения почвы способствовали увеличению массы корневой системы как в поверхностном слое, так и в слое 10-30 см. В то же время если на варианте без уплотнения в слое 0 - 10 см размещалось 70 % корней, а остальная масса приходилась на глубину 10-30 см, то на уплотненной почве в поверхностном слое она увеличивалась, а на слой 10 - 30 см приходилось менее 23 % корней.

3. Механическое уплотнение серой лесной почвы приводит к увеличению содержания аммиачного азота с 4,62 до 16,34 мг/100 г почвы и снижению накопления нитратного азота с 2,83 до 0,31 мг/100 г почвы. Минеральные удобрения способствовали частичной нейтрализации отрицательного воздействия тяжелой энергонасыщенной техники, увеличивая количество нитратных и аммонийных форм азота в почве на 142,5 и на 52,6 % соответственно. Комплекс средств защиты растений независимо от степени уплотнения почвы и доз минеральных удобрений снижал содержание NO3 и NH4 в почве. Максимальное накопление нитратного и аммиачного азота приходилось на начало вегетации ячменя.

4. Определение целлюлозолитической активности почвы показало, что наиболее интенсивное разложение целлюлозы наблюдалось на неуплотненном участке, т. е. на контрольном варианте с плотностью 1,15 г/см . Это вполне закономерно, так как плотность сложения пахотного горизонта была близка к равновесной, аэрация - оптимальной, следовательно, условия для жизнедеятельности целлюлозоразрушающих бактерий здесь были наилучшими. По мере увеличения числа проездов трактора по следу плотность сложения почвы возрастала, а активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов снижалась. Минеральные удобрения, также оказали угнетающее воздействие на целлюлозоразрушающие организмы. В течение исследуемого периода целлюлозолитическая активность серой лесной почвы изменялась в пределах от 12 до 46 %.

5. Уплотнение приводило к снижению выделения диоксида углерода почвой с 22,0 мл/сут на контроле в середине вегетации до 9,8 мл/сут на варианте с четырехкратным воздействием трактора на нее в конце вегетации.

С повышением доз минеральных удобрений также происходило снижение интенсивности почвенного дыхания. Самое низкое значение показателя отмечено на варианте с применением высокой дозы минеральных удобрений при четырехкратном механическом уплотнении — 6,5 мл/сут.

Средства защиты не оказывают существенного влияния на интенсивность дыхания почвы.

Сезонная изменчивость данного показателя проявилась в повышении выделения диоксида углерода почвой к середине вегетации и его снижении в конце вегетационного периода.

6. Наибольшая урожайность ячменя отмечена в интервале плотности сложения серой лесной почвы 1,15 - 1,25 г/см и составила 2,86 - 2,91 т/га. С увеличением плотности сложения происходит снижение урожайности на 13,6 - 40,2 %. Применение средств химизации при различном уплотнении способствует увеличению урожайности. Максимальная прибавка была получена на варианте с однократным уплотнением при внесении N90P90K90 с комплексом защиты - 4,07 т/га. Дальнейшее увеличение дозы удобрений приводило к снижению урожайности.

7. Многократные проходы трактора по полю приводили к снижению содержания азота в зерновой массе ячменя, выхода сырого протеина и клетчатки, а накопление крахмала увеличивалось. Количество азота в зерне снижалось на 0,04 - 0,20 %, сырого протеина - на 0,30 - 1,50 %, клетчатки - на 0,10 - 1,10 %, а содержание крахмала увеличилось на 0,30 - 1,30 %. Применение минеральных удобрений повышает содержание азота на 0,07 - 0,26 %, сырого протеина - на 0,30 - 1,20 %, клетчатки - на 0,30 - 0,90 %, а крахмала

- снижает на 0,30 - 1,20 %. Средства защиты растений снижают содержание азота на 0,03 - 0,07 %, сырого протеина - на 0,10 - 0,40 %, клетчатки - на 0,10 - 0,80 %, а количество крахмала - увеличивают на 0,10 - 0,20 %.

8. Механическое уплотнение почвы изменяло структурные показатели

- продуктивную кустистость и массу зерна с колоса. Так, если на контрольном варианте продуктивная кустистость была равна 1,65, то при максимальной нагрузке трактора на почву данный показатель снизился до 1,18. Масса зерна с колоса с увеличением техногенной нагрузки на почву также снижалась с 0,79 до 0,62 г.

Применение минеральных удобрений и средств защиты растений способствовало увеличению числа растений на 1 м , продуктивной кустистости и массы зерна с колоса, а следовательно, и урожайности.

9. Расчет экономической эффективности возделывания ячменя показал, что наибольший уровень рентабельности (119 %) был получен на варианте с однократным уплотнением. Применение минеральных удобрений и средств защиты растений на всех вариантах снижало уровень рентабельности возделывания ячменя.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Проведенные нами исследования свидетельствуют, что в условиях юга Нечерноземной зоны России при выращивании ведущей зерновой культуры - ячменя необходимо рекомендовать производству уровень плотности пахотного слоя серой лесной почвы сохранять в интервале 1,15-1,25 г/см .

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Колышкин, Александр Александрович, 2005 год

1. Агроклиматические ресурсы Мордовской АССР. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1971.-171 с.

2. Агрохимикаты в окружающей среде / Э. Хайниш, X. Паукке, Г.Д. Нагель, Д. Ханзен. М., 1979. - 357 с.

3. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. - 654 с.

4. Агрохимия / Под ред. В.Г. Минеева. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, Изд-во КолосС, 2004. - 720 с.

5. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970.-488 с.

6. Афанасьева A.M., Герус B.C. О влиянии удобрений на биологическую активность почвы // Докл. сиб. почвоведов к VIII Междунар. конгр. почвоведов. Новосибирск: Наука, 1964. - С. 85 - 95.

7. Ахметов Ш.И. Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии получения сельскохозяйственной продукции: Мат. Респ. науч.-практ. конф. (Лапшинские чтения). Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2005.-С. 14-18.

8. Ахметов Ш.И. Средства химизации и биопродуктивность почв. -Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1996. С. 3 - 4.

9. Бабак Н.М., Пресман JI.M. Влияние удобрений на микрофлору почвы // Тр. Молд. НИИ орош. земледелия и овощеводства, 1964. Вып. 1. -С. 71-74.

10. Белебезьев А. С. Влияние длительного применения средств химизации на биологическую активность чернозема выщелоченного. Автореф. дис. . канд. с.-х. наук. Саранск, 2002. - 16 с.

11. Белов Г.Д., Подолько А.П. Уплотнение почвы и урожайность зерновых. Мн.: Ураджай, 1985. - 64 с.

12. Белов Г.Д., Подолько А.П. Уплотнение почвы тракторами и урожай // Земледелие. 1977. - № 9. - С. 46 - 47.

13. Беляев Н.М. Влияние тракторов и сельскохозяйственной техники на уплотнение почвы: Лекция / Ин-т усовершенствования знаний специалистов сельского хозяйства. М., 1989. - 50 с.

14. Бенедичук Н.Ф. Минимализация обработки почвы / Н.Ф. Бенедичук, B.C. Рыбка, Ю.И. Усенко // Зерновое хозяйство. 1984. - № 5. - С. 33- 35.

15. Биологическая активность и оптимальная плотность пахотного слоя сла-бовыщелоченного чернозема / В.Н. Слесарев, JI.H. Святская, JI.JI. Тихомирова, Ю.Ф. Батехтин // Почвоведение. 1979. - № 11. - С. 95 - 100.

16. Бондарев А.Г. Агрофизические свойства и водный режим почв сухо-степной зоны Нижнего Поволжья, их изменение и оптимизация в условиях орошения. Автореф. дисс. . докт. с.-х. наук. -М., 1985. 44 с.

17. Бондарев А.Г. и др. Серые лесные почвы. Переуплотнение пахотных почв. М.: Наука, 1987.

18. Бондарев А.Г. Плодородие почв и его изменение при уплотнении и разуплотнении / А.Г. Бондарев, П.У. Бахтин, П.М. Сапожников М., 1984.-С. 9.

19. Бондарев А.Г. Проблема обостряется / А.Г. Бондарев, В.А. Русанов, А .Я. Поляк // Земледелие. 1985. - № 2. - С. 23-25.

20. Бондарев А.Г. Проблема регулирования физических свойств почв в интенсивном земледелии // Почвоведение. 1988. - № 9. - С. 64 - 70.

21. Бондарев А.Г. Теоретические основы и практика оптимизации физических условий плодородия почв // Почвоведение. 1994. - № 11. -С. 10-15.

22. Бондарев А.Г. Физические и физико-технологические основы плодородия почв / А.Г. Бондарев, П.Н. Бахтин, А.Д. Воронин // 100 лет генетического почвоведения. М.: Наука, 1986. - С. 178 - 184.

23. Бондарев А.Г. Физические свойства почв как теоретическая основа прогноза их уплотнения сельскохозяйственной техникой // Влияние сельскохозяйственной техники на почву. Научн. тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева.-М., 1981.-С. 3 -9.

24. Бондарев А.Г., Кузнецова КВ. Оптимизация агрофизических свойств и режимов почв // Расширенное воспроизводство плодородия почв в интенсивном земледелии. Научн. тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева. -М., 1988.-С. 40-44.

25. Бондарев А.Г., Сапожников П.М., Уткаева В.Ф., Щепотьев В.Н. Изменение физических свойств и плодородия почв при их уплотнении движителями сельскохозяйственной техники. // Научн. тр. ВИМ. Воздействие движителей на почву. М., 1988. Т. 118. - С. 46 - 57.

26. Брусиловский Ш.И., Евчик 77.77. Мелиорация переуплотненных минеральных земель: Производственное издание. Минск: Ураджай, 1990. - 224 с.

27. Бутов А.К. Минимальная обработка почвы под рис // Минимализация v обработки почвы. М.: Колос, 1984. - С. 135 - 143.

28. Васильев A.M. Влияние уплотнения южного карбонатного чернозема на ^ структурное состояние пахотного слоя и урожай. Сб. тр. Центр, музеяпочвоведения им. В.В. Докучаева, 1972. Вып. 5. С. 187- 195.

29. Васильев A.M. Плотность почвы, физиологические условия и ее плодородие / A.M. Васильев, В.Г. Лебедева, И.Б. Ревут // Сб. тр. по агрономической физике.-Л, 1965.-Вып. 10.-С. 16-21.

30. Витриховский П.И. Некоторые итоги и проблемы минимализации почвы // Земледелие. 1984. - № 7. - С. 8 - 12.

31. Временные рекомендации по ограничению воздействия движителей сельскохозяйственной техники на почву. М.: Агропромиздат,1985.- 14 с.

32. Гапоненко B.C. О путях снижения уплотняющего воздействия машинно-тракторного агрегата на почву // Влияние сельскохозяйственной техники на почву: Науч. тр. Почв, ин-та им. В.В. Докучаева. М., 1981. - С. 56 - 62.

33. Горчакова Н.А. Влияние механического уплотнения и минеральных удобрений на биологическую активность чернозема выщелоченного. Автореф. дис. . канд. с.-х. наук. Саранск, 2003. - 16 с.