Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем сельского хозяйства страны и Поволжского региона является увеличение производства зерна и улучшение его качества. Широкое использования техногенных средств увеличения урожайности зерновых культур приводит к повышению энергетических и материальных затрат, себестоимости продукции растениеводства, снижению рентабельности сельского хозяйства.
В современных экономических условиях устойчивое развитие растениеводства, повышение урожайности, снижение себестоимости и увеличение чистой прибыли возможно только на основе широкого использования беззатратных и малозатратных агроприемов в системе адаптивно-ландшафтного земледелия и биологизации растениеводства.
Большое значение при этом имеет воспроизводство плодородия почвы, способствующее стабилизации и увеличению продуктивности такой важнейшей отрасли, как зерновое хозяйство.
Длительное сельскохозяйственное использование земель при дефиците техногенных средств поддержания плодородия привело к развитию таких негативных процессов, как снижение содержания гумуса и кальция в почве, разрушение структуры, переуплотнение пахотного и подпахотного горизонтов, усиление водной и ветровой эрозии и т.д. При этом в первую очередь ухудшаются водно-физические свойства почвы: повышается ее плотность, снижаются пористость, водопроницаемость, влагоемкость. Ухудшение водно-физических свойств почвы при деградации снижает накопление влаги в ней. Повышается непроизводительное испарение, ухудшаются воздушный и пищевой режимы. Все эти процессы приводят к падению урожайности.
Одним из реальных путей выхода из сложившейся ситуации в современных условиях является широкое применение биологических факторов повышения плодородия почвы. Это тесно связано с совершенствованием структуры посевных площадей, использованием внутренних ресурсов и соблюдением экологического равновесия в ценозах. Сюда следует отнести в первую очередь использование биологического вещества как биомелиоранта (соломы, навоза, сидератов, поукосных, пожнивных, подсевных культур и др.). Важнейшую роль в решении этой проблемы играют фиторесурсы и особенно многолетние травы. Использование био- и фитомелиорантов способно коренным образом изменить агрофизические свойства почвы, а следовательно, и плодородие в целом и повысить эффективность производства продукции растениеводства.
Все элементы адаптивно-ландшафтного земледелия (севообороты, обработка почвы, удобрения и т.д.) оказывают положительное влияние на биологические, агрофизические и агрохимические свойства почвы. Поэтому управление плодородием почвы на основе широкого использования биомелиорации с применением местных материалов и фиторесурсов актуально с научной точки зрения и имеет большое практическое значение.
Цель исследования состояла в научно-теоретическом обосновании и практической разработке агроприемов биологизации растениеводства, улучшающих рост, развитие и процессы формирования урожайности зерновых культур за счет воспроизводства плодородия каштановых почв на основе использования местных материалов и фиторесурсов как биомелиорантов в сухостепной части Заволжья.
В задачи исследований входило:
выявить особенности роста, развития и процессов фотосинтеза зерновых культур в различных условиях применения биомелиорантов;
исследовать влияние различных паров на рост, развитие и процессы фотосинтеза озимой пшеницы в связи с применением биомелиоративных агроприемов;
показать роль биомелиорантов в повышении урожайности яровой пшеницы в Заволжье;
изучить влияние культур в севообороте на накопление пожнивной и корневой биомассы, а также изменение количества гумуса в почве при ежегодном поступлении органического вещества под воздействием биомелиорантов;
определить влияние различных условий использования биомелиорантов на агрофизические свойства почвы;
установить изменение агрохимических свойств каштановых почв под влиянием биомелиорантов (навоза, соломы, сидератов и многолетних трав);
рассмотреть влияние биомелиорантов на продуктивность зерновых культур в семипольном зернопаровом севообороте;
разработать методику применения параметрического анализа равновесных состояний почвенных процессов и выявить взаимосвязи показателей агрофизических свойств каштановых почв;
на базе параметрического анализа определить условия равновесных состояний основных агрофизических показателей плодородия каштановых почв в сухостепной зоне Заволжья;
показать возможность и эффективность использования различных многолетних трав в качестве фитомелиорантов в сухостепной части Заволжья;
создать математическую модель управления мелиоративными приемами повышения плодородия каштановых почв и продукционными процессами зерновых культур;
рассчитать биоэнергетическую и экономическую эффективность изучаемых биомелиоративных приемов повышения плодородия каштановых почв и повышения продуктивности зерновых культур в сухостепной части Заволжья.
Научная новизна. Дано теоретическое обоснование особенности роста, развития и процессов фотосинтеза зерновых культур под влиянием биологических мелиорантов и условий их применения в семипольном зернопропашном севообороте в сухостепном Заволжье.
Выявлено влияние биомелиорантов и их сочетаний на агрофизические свойства почвы и урожайность культур в севообороте, установлены взаимосвязи основных агрофизических параметров плодородия почвы с урожайностью зерновых культур.
Изучена биомелиоративная роль запашки соломы и фитомелиоративная роль житняка в повышении плодородия каштановых почв в сухостепной части Заволжья в сравнении с внесением минеральных удобрений. Произведена оценка воздействия соломы озимой пшеницы и соломы нута как зернобобовой культуры на водно-физические свойства почвы, питательный режим растений, накопление осенне-зимней влаги и на продуктивность яровой пшеницы. Выявлена роль различных паров в формировании урожайности озимой пшеницы. Дана оценка действия соломы ячменя, сидератов (донника), многолетних трав (житняка) на фоне обычной вспашки и мелиоративной обработки на водно-физические свойства каштановой почвы, ее питательный режим, накопление влаги и продуктивность озимой пшеницы.
В условиях острозасушливой сухостепной зоны Заволжья изучена особенность развития по годам произрастания основных злаковых и бобовых многолетних трав и их влияние на физические и агрохимические свойства каштановых почв, содержание гумуса в них, на интенсивность структурообразования.
Установлена математическая взаимосвязь урожайности озимой, яровой твердой и мягкой пшеницы и многолетних трав с факторами плодородия каштановой почвы, что дает возможность управлять формированием продуктивности этих культур и качеством зерна.
На основании математического анализа экспериментальных данных выявлена и оценена зависимость факторов почвенного плодородия от количества поступающего в почву свежего органического вещества.
Разработан параметрический анализ равновесного состояния основных агрофизических показателей почвенного плодородия и приемы его стабилизации.
Практическая значимость состоит в разработке рекомендаций по применению биомелиорантов и их сочетаний на каштановых почвах. Даны рекомендации по выбору наиболее эффективных из них в конкретных условиях и технологии их применения на основе параметрического анализа и математического моделирования.
Научно обоснованное применение подходящих для данных условий биомелиорантов дает возможность предупредить развитие деградации каштановых почв, улучшить их водный, воздушный и пищевой режимы, повысить продуктивность зерновых культур. Это позволит увеличить урожайность озимой пшеницы на 34,2–85,9 %, яровой мягкой пшеницы – на 28,7–60,3 %, яровой твердой пшеницы – на 27,8–55,6 %. Установлено, что для получения урожайности зерна озимой пшеницы 3,4–3,8 т/га, яровой мягкой пшеницы – 1,6–1,7, яровой твердой пшеницы – 1,4, проса – 1,5, а ячменя – 2,5 т/га необходимо обеспечить формирование площади листовой поверхности 21–35 тыс. м2/га; величину фотосинтетического потенциала – 1,0–1,5 млн м2 сут./га при чистой продуктивности фотосинтеза в среднем за вегетацию 4–6 г/м2 сут.
Оптимальный подбор и использование многолетних трав в качестве фитомелиорантов позволяют повысить содержание гумуса в почве на 0,04–0,08 %; снизить плотность пахотного слоя на 0,03–0,11 г/см3, подпахотного – на
0,03–0,06 г/см3; увеличить пористость аэрации на 0,3–1,1 %; улучшить структурность почвы на 11,6–19,8 %; кроме того, получить высокопитательные корма – 6,67–11,89 т/га зеленой массы и 2,22–5,86 т/га сена.
Основные положения, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование и практическая реализация применения навоза, соломы и сидератов как биомелиорантов, посевов житняка с фитомелиоративной целью для повышения продуктивности зернопарового севооборота, предотвращения деградации и воспроизводства плодородия каштановых почв сухостепной части Заволжья;
особенности влияния агробиомелиоративных приемов на рост, развитие, процессы фотосинтеза, продуктивность и качество зерна озимой и яровой пшеницы;
обоснование возможности использования различных многолетних трав для предотвращения деградации каштановых почв в сухостепной части Заволжья;
воздействие изучаемых фитомелиорантов на улучшение агрофизических и агрохимических свойств каштановых почв;
возможная продуктивность трав-фитомелиорантов на каштановых почвах острозасушливого Заволжья;
повышение эффективности минеральных удобрений под влиянием биомелиорантов;
возможность управления агромелиоративными приемами воспроизводства плодородия почвы и повышения продуктивности культур в зернопаровом севообороте на основе математического моделирования;
энергетическая и экономическая целесообразность использования соломы, сидератов и посевов многолетних трав как биофитомелиорантов на каштановых почвах.
Реализация результатов исследований. Полученные результаты исследований прошли производственную проверку в хозяйствах Марксовского, Краснокутского и Ровенского районов Саратовской области на площади 1800 га. Предлагаемые агроприемы позволили увеличить урожайность озимой пшеницы на 32–41 %; яровой пшеницы – на 20–27 %; многолетних трав – в 1,5 раза. Полученные материалы по применению био- и фитомелиорантов широко используются при чтении лекций и проведении лабораторных занятий по курсам «Растениеводство», «Земледелие», «Системы земледелия» и «Агроландшафтное земледелие».
Апробация работы. Основные положения исследований были доложены на международных и всероссийских конференциях (Пенза, 2003, 2004) на Межрегиональной научной конференции ученых и специалистов АПК Приволжского федерального округа (Саратов, 2003), на научных конференциях ученых и аспирантов, посвященных 115-летию и 117-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов, 2002, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 70 печатных работ, из них 14 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти глав, выводов и предложений производству. Она изложена на 362 страницах компьютерного текста, включает в себя 26 рисунков, 103 таблицы. Список использованной литературы насчитывает 596 источников, в т.ч. 18 – на иностранных языках.
