Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 8
1.1. Хозяйственное значение и морфобиологические особенности люцерны 8
1.2. Агроэкологические основы возделывания люцерны в сухостепном Поволжье 12
1.3. Роль различных элементов питания в оптимизации пищевого режима посевов люцерны 15
1.4. Экологически безопасная система удобрения орошаемой люцерны в сухостепном Поволжье 24
2. Почвенно-климатическая характеристика района проведения исследований 31
2.1. Климатические условия 31
2.2. Характеристика почвы 35
2.3. Погодные условия в годы проведения полевых исследований 36
3. Схема, методика и агротехника проведения полевого эксперимента 40
3.1. Схема полевого эксперимента 40
3.2. Методика проведения исследований 41
3.3. Агротехника на опытном участке 44
4. Эффективность использования влаги и элементов питания посевами люцерны при применении различных систем удобрений 47
4.1. Влияние применения макро- и микроудобрений на эффективность использования влаги агроценозами люцерны 47
4.2. Закономерности пищевого режима посевов люцерны 53
4.3. Динамика химического состава растений при различных системах удобрений люцерны 58
4.4. Потребление и вынос элементов питания посевами люцерны 63
5. Роль удобрений в повышении агроэкологической функции люцерны и сохранении плодородия почв орошаемых агроландшафтов 70
5.1. Особенности симбиотической деятельности люцерны по разным годам пользования 70
5.2. Накопление корневой массы по годам пользования люцерны и закономерности накопления гумуса в почве 75
5.3. Роль различных систем удобрений в улучшении водно-физических свойств почвы 80
5.4. Влияние молибдена и минеральных удобрений на биологическую активность почвы 83
6. Агроэкологическая роль различных систем удобрений в формировании высокопродук тивных агроценозов орошаемой люцерны в саратовском левобережье 86
6.1. Закономерности развития растений люцерны 86
6.2. Изменение густоты стояния растений в посевах 87
6.3. Рост и развитие растений в посевах люцерны 89
6.4. Влияние различных систем удобрений на продуктивность агроценозов люцерны в Саратовском Левобережье 91
7. Биоэнергетическая и экономическая оценка применения удобрений в посевах люцерны 100
7.1. Биоэнергетическая оценка 100
7.2. Экономическая эффективность 101
Выводы 109
Рекомендации производству 112
Список литературы
- Агроэкологические основы возделывания люцерны в сухостепном Поволжье
- Погодные условия в годы проведения полевых исследований
- Методика проведения исследований
- Закономерности пищевого режима посевов люцерны
Введение к работе
Актуальность проблемы. Люцерна — ценная кормовая культура, используемая на сено, сенаж, травяную муку, зеленую подкормку и многие другие цели. Люцерна производит на единицу площади значительно больше белка, чем однолетние зернобобовые культуры. Так, горох при урожайности 2,0 т/га дает 680 кг/га, а люцерна при урожайности 50 т/га зеленой массы — около 2000 кг/га белка или в 3 раза больше. К тому же люцерна дает самый дешевый растительный белок, он в 2-3 раза дешевле переваримого протеина, полученного из костреца и во много раз дешевле белка, вырабатываемого из кормовых дрожжей.
На орошаемых землях сухостепной зоны Саратовского Заволжья люцерна является основной многолетней кормовой культурой. Исследования научных учреждений Среднего Поволжья и других регионов страны показывают, что в корнях и пожнивных остатках люцерны накапливается до 100-150 кг/га азота, что равно внесению 300-400 кг/га азотных удобрений или 30-40 тонн навоза. При грамотной технологии возделывания люцерна предотвращает вторичное засоление орошаемых земель, улучшает водно-физические, агрохимические и микробиологические свойства почвы, повышает ее плодородие.
В настоящее время в связи с увеличением стоимости удобрений и ухудшением экологической обстановки, разработка элементов технологии возделывания орошаемой люцерны, способных не только сохранить, но и повысить плодородие почв, становится особенно актуальной. .
Целью исследований являлось агроэкологическое обоснование системы удобрения орошаемой люцерны, направленной на сохранение плодородия южных черноземов и формирование наивысшей продуктивности люцерны в условиях сухостепного Саратовского Заволжья.
В задачи исследований входило:
выявить влияние применения макро- и микроудобрений на эффективность использования влаги агроценозами люцерны;
установить закономерности пищевого режима почвы под посевами орошаемой люцерны при применении удобрений и определить направленность его изменения по годам пользования;
изучить влияние систем удобрений на химический состав растений, динамику потребления и вынос питательных веществ урожаем;
определить закономерности симбиотической деятельности люцерны, а также размер биологической фиксации молекулярного азота растениями люцерны разных годов пользования;
изучить динамику накопления корневой массы по годам пользования люцерны и закономерности накопления гумуса в почве;
выявить роль различных удобрений в улучшении структуры и повышении биологической активности почвы;
определить систему удобрений, позволяющую получать максимальные урожаи экологически безопасной продукции люцерны на черноземах южных сухостепного Саратовского Заволжья;
дать энергетическую и экономическую оценку применяемой системы удобрений при возделывании люцерны.
Научная новизна. Впервые на южных черноземах сухо.степной зоны Саратовского Заволжья установлены режимы питания высокопродуктивных агроценозов люцерны первого-третьего годов пользования, стабилизирующие экологическое состояние орошаемых агроландшафтов.
Определена наилучшая система применения удобрений под орошаемую люцерну в течение трех лет пользования. Установлено, что при грамотном регулировании режима питания люцерна улучшает химические, микробиологические и водно-физические свойства почвы, способст-
вует увеличению содержания гумуса. В орошаемом земледелии люцерна является единственным растением, выступающим культурным эдификато-ром, главным биорегулятором структуры агрофитоценоза на севооборотном уровне. Все остальные полевые культуры - это четко выраженные интенсивные потребители природных и поставляемых человеком ресурсов с очень слабой средообразовательной способностью.
Практическая значимость. Проведенные исследования показали, что в засушливой зоне Саратовского Заволжья при правильном сочетании орошения и удобрения люцерна оказывает многостороннее положительное воздействие на структуру агробиогеоценоза. Расчеты показывают, что в зернотравянопропашном 8-польном севообороте с 30 % люцерны возможно сокращение применения технического азота на 300-350 кг/га, что эквивалентно 9-10 ц аммиачной селитры.
Для поддержания устойчивости агроэкосистем, путем воспроизводства гумуса почвы, и получения ежегодно в течение первого-третьего годов пользования урожайности сена 7-8 т/га, достаточно обработки семян люцерны перед посевом ризоторфином и молибденом и внесения осенью первого года жизни дозы минеральных удобрений Р90К60.
Для получения урожайности сена 10-12 т/га обязательно применение азотных удобрений - N30 под первый укос во второй год пользования и N90 - в третий год пользования равными частями по N30 под каждый из трех укосов. Рекомендуемые дозы азотных удобрений обеспечивают наилучший эффект на фоне предпосевной обработки семян люцерны ризоторфином и молибденом, а также применения осенью первого года жизни запасающей дозы фосфорно-калийных туков Р90К60 и ежегодной весенней обработки посевов молибденом.
Основные положения, выносимые на защиту:
Влияние макро- и микроудобрений на эффективность использования влаги и элементов питания агроценозами люцерны;
Закономерности симбиотической деятельности и биологической фиксации азота воздуха растениями люцерны по годам пользования;
Влияние различных удобрений в содержание гумуса, улучшение структуры и повышение биологической активности почвы;
Система удобрений, позволяющая получать максимальные урожаи высококачественного сена люцерны первого-третьего годов пользования на черноземах южных сухостепного Саратовского Заволжья;
Энергетическая и экономическая оценка применяемой системы удобрений при возделывании люцерны.
Агроэкологические основы возделывания люцерны в сухостепном Поволжье
В степном Поволжье возделываются сорта люцерны Зайкевича, Северная гибридная, Вега 87, Белорусская, Онохойская 6, Бийская 3, Мару-синская 425, Артемида, Синская, Ерусланка и другие. В полевых севооборотах степных районов люцерну чаще всего подсевают под покров яровых зерновых хлебов, реже — под просо, суданскую траву или кукурузу. Высевают ее и без покрова. В севообороте люцерну выращивают в течение 2-4 лет. Нередко ее возделывают на выводных полях, где она дает высокие урожаи в течение 7-10 лет.
Обработка почвы под посевы люцерны в степном Поволжье проводится с учетом конкретных особенностей климата, почв, рельефа, характера проявления эрозии, биологии и морфологии сортов и гибридов. При общепринятой основной обработке почвы применяют лущение стерни и глубокую отвальную зяблевую вспашку на 27-30 см. Главное требование к предпосевной подготовке почвы — тщательное выравнивание и предпосевное прикатывание. Эти задачи успешно решаются при использовании агрегата типа РВК-3,6 или РВК-5. На фуражные цели люцерну высевают рядовым способом с нормой высева 4-6 млн всхожих семян на 1 га. В новых районах люцерносеяния семена перед посевом необходимо обработать бактериальными удобрениями (нитрагином, ризоторфином) со специфичным, вирулентным и активным штаммом ризобий.
На семена люцерну высевают широкорядным способом с междурядьями 45 см и нормой высева 1-2 млн всхожих семян на 1 га. На супесчаных и легкосуглинистых почвах желательно провести послепосевное прикатывание. Для лучшего опыления семенной люцерны используют пчел-листорезов, а также медоносных пчел. Более высокие урожаи семян в большинстве случаев получают с первого укоса. Прямое комбайнирование посевов осуществляют, когда побуреет 90- 95% бобов травостоя. В этом случае во избежание потерь тщательно герметизируют комбайн и проводят другие мероприятия по его дооборудованию. Уборку люцерны на семена прямым комбайнированием осуществляют также с предварительной десикацией травостоя препаратом реглон супер, 15% в. р. (2-4 л/га). Деси кацию проводят при побурении 80-85% бобов на растениях, уборку - через 6-7 дней после обработки посева (Вавилов П.П. и др., 1983; Медведев Г.А., 1987; Посыпанов Г.С. и др., 1997).
Орошение люцерны проводят различными типами машин, поддерживая режим влажности не ниже 70%НВ (Филатов Ф.И., 1974; Иванов А.Ф., Медведев Г.А., 1974, 1977; Петинов Н.С., 1974; Вавилов П.П., 1983; Пронько Н.А., 1984; Царев А.П., Денисов Е.П., Унгенфухт В.Ф., 1985; Таранов М.И., 1985; Медведев Г.А., 1987; Бажов В.М., Бернгард И.И., 1988; Посыпанов Г.С, 1997; Худенко М.Н., 2003).
Люцерна имеет много специфических болезней и вредителей. Из болезней наиболее распространены следующие. Бурая пятнистость листьев поражает листья, стебли и бобы. Появляется в конце весны на нижних листьях, затем быстро распространяется по всему растению. Пораженные листья опадают. Меры борьбы: протравливание семян ТМТД, 80% с. п. (1,5 кг на 1 т семян), ранний первый укос (до начала спороношения гриба). Аскохитоз поражает листья, стебли, цветоносы, бобы и семена, иногда и верхнюю часть корня, вызывая его растрескивание. Меры борьбы: опыли-вание посевов серой, раннее скашивание на сено. Ржавчина люцерны поражает листья, стебли, цветоножки. Вызывает быстрое опадение листьев. Пораженные стебли легко переламываются. При среднем развитии болезни урожай снижается на 30 %. Меры борьбы: уборка на сено в ранние сроки, уничтожение сорняков; на семенной люцерне - опыливание серой. Бактериальное увядание (вилт) поражает сосуды корня и стебля. В результате растения имеют угнетенный вид, становятся карликовыми, листья желтеют, а в жаркую погоду приобретают коричневый цвет. Меры борьбы: правильный севооборот, высокий агротехнический фон.
Погодные условия в годы проведения полевых исследований
Переход среднесуточных температур воздуха через 0С в положительную сторону весной отмечается 4 апреля, а в отрицательную сторону осенью 4 ноября, переход через +5С соответственно 16 апреля и 17 октября. Эти данные характеризуют период вегетации озимых культур и многолетних трав, который равен в среднем 183 дням. Переход среднесуточной температуры воздуха через +10С весной отмечается 28 апреля, а осенью - 28 сентября, что определяет продолжительность вегетационного периода большинства полевых культур, который не может быть более 152 дней. При этом сумма активных температур (более +10С) составляет в среднем 2736С, что обеспечивает . созревание практически всех полевых культур, за исключением позднеспелых сортов и гибридов подсолнечника, кукурузы и сорго.
Формирование урожая в полевых условиях тесно связано с поступлением солнечной энергии. По данным АМС Саратова поступление фото-синтетически активной радиации (ФАР) за теплый период в среднем со-ставляет 356 кДж/см с максимумом в мае - 66,9 кДж/см . Расчеты Е.П. Денисова (1995), А.И. Заварзина (1994), В.И. Филина (1987), К.Г. Шуль-мейстера (1988) показывают, что даже при 2-х процентном использовании такого количества ФАР вполне достаточно для формирования урожайности зерна в 5-6 и более тонн с гектара.
Влага - основной лимитирующий фактор успешного ведения сельского хозяйства в Поволжье. О возможных природных резервах влаги для культурных растений судят по количеству выпадающих атмосферных осадков. Среднегодовое количество осадков в районе проведения исследований невелико — 318 мм. Величина гидротермического коэффициента (ГТК) = 0,7-0,8, что показывает некоторое преобладание испарения над осадками и характеризует климат зоны как умеренно засушливый.
Однако годовая норма осадков характеризует лишь потенциальную опасность засух. Решающее значение в их возникновении имеет распреде ление осадков по периодам года и месяцам. Важную агроклиматическую роль в степной зоне играет снеговой покров, появление которого отмечается в среднем 1 декабря, а сход - 2 апреля. Средняя продолжительность периода залегания снегового покрова 123 дня. В декабре - январе его мощность невелика - 8-20 см. Максимальная высота отмечается в конце февраля - начале марта - до 35 см. Важнейшим приемом агротехники нашей зоны является снегозадержание, позволяющее дополнительно накапливать 520-1100 м3 влаги на каждом гектаре.
Весеннее таяние снега происходит бурно, начинаясь 16 марта и заканчиваясь 2 апреля. Полное оттаивание почвы отмечается 15 апреля, а наступление её физической спелости - 22 апреля, хотя в отдельные годы могут наблюдаться довольно значительные отклонения (10-12 дней) как в более раннюю, так и в позднюю сторону.
Весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы 100-150 мм (среднее 127 мм) не позволяют полностью обеспечить растения влагой в течение всей вегетации, и поэтому величина урожайности полевых культур зависит от количества летних осадков. В данной зоне за теплый период их выпадает 210-220 или 2/3 общего годового количества. Такое распределение осадков довольно благоприятно для сельскохозяйственных культур. Однако зачастую летние осадки носят ливневый характер, а поэтому плохо усваиваются почвой, так как основная их масса не успевает впитываться и стекает с поверхности.
Относительная влажность воздуха на территории района исследований изменяется от максимального показателя - 83 % в декабре до минимального - 39 % в июле. В летний период часто дуют ветры восточного направления, которые сопровождаются высокой температурой (35-40С) и низкой относительной влажностью воздуха (менее 30 %), что обуславливает наступление экстремального климатического явления - суховея. За теплый период года в среднем отмечается 65 дней с суховеями различной ин тенсивности, из них: 43 дня - с суховеями слабой, 17 - с суховеями средней и 5 дней - с суховеями сильной интенсивности. Обобщая вышеприведенный материал по климатическим показателям можно сделать вывод, что при хорошей обеспеченности светом и теплом определяющей особенностью климата центральной левобережной зоны Саратовской области является дефицит осадков, сочетающийся с сухостью воздуха в летний период.
Методика проведения исследований
Агротехника люцерны в опытах не отличалась от общепринятой в хозяйствах Заволжья Саратовской области, рекомендованной зональной системой орошаемого земледелия.
После уборки предшественника (яровые зерновые) проводили лущение стерни ЛДГ-15 на глубину 8-10 см. Через 8-10 дней приступали к отвальной вспашке на глубину 27-30 см плугом ПЛН-5-35.
В ранне весенний период проводили покровное боронование поля зубовыми боронами БЗСС-1,0 в два следа. По мере созревания почвы поле
культивировали агрегатом КПС-4 на глубину 5-6 см и проводили посев покровной культуры — ячменя - зерновой сеялкой СЗ-3,6. Использовали рекомендуемый в зоне сорт ячменя Донецкий 6 с уменьшенной до 3,0 млн. шт./га нормой высева. Под предпосевную культивацию вносили удобрения в дозе ИбоРбо (мочевина - 46% действующего вещества и двойной гранулированный суперфосфат - 42%).
После посева ячменя поле прикатывали кольчатыми катками ЗККШ-6 и приступали к перекрестному посеву люцерны сеялкой СЗТ-3,6 рядовым способом на глубину 3-4 см, с нормой высева 6,0 млн. всхожих семян на 1 гектар. Семена люцерны перед посевом обрабатывали в затемненном помещении молибденом (50 г молибденово кислого аммония на 1 ц семян) и бактериальным препаратом ризоторфин (300 г на гектарную норму семян) с увлажнением. После посева люцерны поле повторно обязательно прикатывали катками ЗККШ-6.
Полив осуществлялся дождевальной машиной ДКШ-64 «Волжанка». Режим влажности активного слоя почвы - не ниже 70% НВ. Применялась поливная норма 600 м3/га.
Уборку покровной культуры ячменя на зерно проводили на высоком срезе - 15-20 см. На посевах люцерны первого года жизни после выхода из-под покрова ячменя получали один укос люцерны, на посевах второго, третьего и четвертого годов жизни (первого, второго и третьего годов пользования) - по три полноценных укоса. Уборку люцерны на сено приводили в фазе начала цветения путем скашивания посевов комбайном Е-301 с одновременным плющением.
В качестве минеральных удобрений на посевах люцерны в опыте использовались: мочевина - 46% действующего вещества; двойной гранулированный суперфосфат - 42%; калийная соль - 60%. Через 10 дней после начала весеннего отрастания ежегодно осуществлялась внекорневая обра ботка посевов люцерны первого-третьего годов пользования 0,05% раствором молибденово кислого аммония.
Сорт люцерны Артемида - выведен на Ершовской опытной станции орошаемого земледелия и АОЗТ "Элита Юго-Востока". Выведен методом многократного индивидуального отбора из образца коллекции ВНИИР переопылением с лучшими номерами рабочей коллекции Ершовской опытной станции орошаемого земледелия.
Сорт включен в Госреестр по Саратовской области с 1996 года. Относится к синегибридному сортотипу люцерны изменчивой. Куст полупрямостоячий, розетка весеннего отрастания развалистая. Кустистость средняя - 30-40 стеблей на куст. Стебель средней грубости, высотой 85-100 см. Лист ланцентный, зеленый, средней величины. Соцветие - цилиндрическая кисть. Цветки синие и пестрые. Бобы средней величины, спиралевидные в 2-3 завитка. Семена почковидные, желтые. Урожайность сухого вещества сорта Артемида в Нижневолжском регионе 44,8 ц/га, семян - 2,8 ц/га.
Максимальная урожайность сухого вещества сорта Артемида была получена в 1995 году в Саратовской области — 112,7 ц/га (прибавка 11,8 ц/га к стандарту Ерусланка). Вегетационный период от начала отрастания до первого укоса составляет 58-79 дней, до полной спелости семян 125-154 дня. Поражение ржавчиной среднее, слабо повреждается клубеньковыми долгоносиками и люцерновым клопом.
Закономерности пищевого режима посевов люцерны
Влияние фосфорно-калийного удобрения (Р90К60) на содержание азота сказалось сильнее контроля, но слабее полного удобрения. Под влиянием удобрений происходило повышение содержания фосфора в надземной массе люцерны во все годы пользования. На этот показатель, как и на содержание азота, наиболее сильное влияние оказало полное минеральное удобрение. Оно увеличивало количество фосфора в растениях при проведении первого укоса с 0,47% на контроле до 0,55% при N90P90K60+Mo в первый; с 0,50% до 0,60% во второй; с 0,52% до 0,58% в третий год пользования люцерны (табл. 11,прил. 16-18).
Динамика содержания калия в растениях люцерны во многом сходна с азотом. Максимальное содержание калия отмечено в фазу ветвления люцерны на всех вариантах опыта. К фазе цветения содержание в растениях немного снижается. Исследования показали, что на вариантах применения удобрений содержание калия в растениях было выше, чем на контроле на 0,05-0,16% в первый год; на 0,07-0,18% - во второй год и на 0,02-0,10% - в третий год пользования люцерны (табл. 12).
Наиболее высокое содержание калия в фазу цветения при проведении укосов отмечалось в растениях, получивших полное минеральное удобрение совместно с молибденом (Мо): оно достигало в первый год пользования - до 1,42%; во второй - 1,54% и в третий год - 1,52% (прил. 19-21). Сравнительно медленное уменьшение содержания калия в растениях, нежели азота, происходит, по-видимому, вследствие высокой обеспеченности всех видов почв сухостепного Саратовского Заволжья подвижными формами этого элемента питания.
Полученные данные показывают, что совместное применение полной дозы минеральных удобрений N90P90K60 и молибдена заметно увеличивало количество нитратного азота в пахотном горизонте чернозема южного сухостепной зоны Саратовского Заволжья, поддерживает стабильный уровень подвижного фосфора в течение трех лет пользования люцерны, но недостаточно для оптимизации калийного питания. Однако почвы зоны богаты калием и поэтому в экологически безопасных ресурсосберегающих технологиях возможно его умеренное применение.
В нашем опыте получены ценные данные по потреблению элементов питания на формирование 1 тонны сена люцерны, имеющие теоретическое и практическое значение, так как по ним можно корректировать расчеты зональных норм удобрений под данную культуру в производстве. По нашим данным вынос азота люцерной был в полтора-два раза выше, чем калия, и в три-четыре раза больше, чем фосфора.
Во все фазы роста и развития растения люцерны потребляли больше элементов питания на удобренных делянках, чем на контроле. При этом потребление элементов питания по фазам роста определялось скоростью нарастания надземной биомассы. Динамика потребления выглядела в виде возрастающей линии с пиком к фазе цветения.
Количество азота, потребленного растениями люцерны первого года пользования к фазе цветения, в которую проводились укосы, колебалось от 125,6 до 137,6 кг/га в зависимости от применяемых систем удобрений, при содержании на контроле 101,5 кг/га (табл. 13). Наибольшее потребление отмечалось во второй год пользования: 164,8-229,9 кг/га на удобренных вариантах при 135,4 кг/га на контроле. Достаточно высокое потребление азота отмечено и в третий год пользования люцерны: 139,9-195,3 кг/га на удобренных вариантах при 114,6 кг/га на контроле.
Применяемые удобрения повышали усвоение фосфора и калия растениями люцерны. При этом, наиболее благоприятно действовали фосфор-но-калийные удобрения Р90К60 и полное удобрение N90P90K60 в сочетании с обработкой посевов молибденом (табл. 14-15).
