Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы 11
1.1. Степень использования сельскохозяйственных угодий 11
1.2. Динамика и смена растительных сообществ при переходе пашни в залежь и искусственном залужений 19
1.3. Искусственное залужение как фактор фитомелиорации для сохранения естественного плодородия 30
1.4. Экономическая эффективность возделывания многолетних трав на малопродуктивных землях 40
1.5. Влияние осадков сточных вод на плодородие почвы 43
1.6. Особенности почвенной реутилизации ОСВ 46
1.7. Особенности технологии получения семян люцерны 52
2. Почвенно-климатические условия проведения опытов 60
2.1. Почвы 60
2.2. Климат 62
2.3. Погодные условия за годы исследований 63
2.4. Схема опытов 83
2.5. Методика исследований 87
3. Влияние продолжительности жизни многолетних трав на плодородие почвы и урожайность последующих культур 90
3.1. Химические свойства почвы 90
3.1.1. Содержание гумуса 90
3.1.2. Азотный режим почвы 94
3.1.3. Фосфорный режим 98
3.1.4 АСодержание калия в почве 101
3.1.5. Сумма поглощенных оснований 103
3.2. Физические свойства почвы 108
3.3. Урожайность 116
4. Многолетние травы как фитомелиоранты для повышения плодородия черноземов 124
4.1. Рост и развитие многолетних трав 124
4.1.1. Фенологические наблюдения 124
4.1.2. Нарастание сырой биомассы 132
4.1.3. Масса корней в почве 144
4.2. Физические и агрохимические свойства почвы 148
4.2.1. Плотность почвы 148
4.2.2. Общая пористость и пористость аэрации 153
4.2.3. Структурность почвы и ее водопрочность 160
4.2.4. Агрохимические свойства почвы 173
4.3. Урожайность 177
4.3.1. Урожайность зеленой массы многолетних трав 177
4.3.2. Урожайность последующих культур 180
4.4. Последействие многолетних трав 183
4.4.1. Масса органического вещества, поступающего в почву 183
4.4.2. Плотность почвы 186
4.4.3. Пористость почвы 189
4.4.4. Водопроницаемость 195
5. Эффективность использования нетрадиционных культур и осадков сточных вод в качестве мелиорантов 197
5.1. Пожнивно-корневые остатки 197
5.2. Агрофизические свойства почвы 202
5.2.1. Плотность почвы 202
5.2.2. Пористость почвы 209
5.3. Агрохимические свойства почвы 214
5.3.1. Питательный режим 214
5.3.2. Сумма обменных оснований 221
5.4. Урожайность зеленой массы многолетних трав 225
5.5 Содержание тяжелых металлов в почве и зеленой массе 230
6. Продуктивность многолетних трав в полосовых посевах 237
6.1. Влияние условий выращивания на развитие люцерны 237
6.2. Динамика высоты растений люцерны 245
6.3. Оценка прироста надземной биомассы 248
6.4. Водный режим семенной люцерны 252
6.5. Расход влаги растениями люцерны по фазам развития 258
6.6. Динамика численности вредных и полезных насекомых в полосовых посевах 262
6.7. Особенности опыления люцерны в полосовых посевах 275
6.8. Формирование урожайности семенной люцерны в полосовых посевах 284
7. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания многолетних трав 290
Выводы 307
Рекомендации производству 313
Список используемой литературы 315
Приложения 356
- Степень использования сельскохозяйственных угодий
- Азотный режим почвы
- Пористость почвы
- Энергетическая и экономическая эффективность возделывания многолетних трав
Введение к работе
Актуальность темы. Агроэкологическая обстановка настоятельно требует внедрения ландшафтной системы земледелия в разных природных зонах и отдельных хозяйствах
Суть ландшафтного подхода заключается в комплексном, упорядоченном и эффективном использовании природных и антропогенно преобразованных территорий Прежде всего, организация ландшафта как системы должна предусматривать оптимальное соотношение между пашней, лугопастбищными, лесными и другими природными и антропогенными компонентами Это одно из важнейших условий успешного функционирования не только агроценоза, но и компонентов природных биоценозов Оно позволяет оптимизировать взаимоотношения между угодьями, регулировать процессы круговорота биогенных элементов, рационально использовать природные и антропогенные ресурсы для получения максимально высокого урожая экологически безопасной продукции
В современных агроландшафтах антропогенные воздействия на почву усиливают ее деградацию, что выражается в прогрессировании дегумификации, переуплотнения, декальцификации и утрате структуры Возрастающий дефицит энергетических и материальных ресурсов привел к резкому сокращению применения техногенных средств повышения плодородия почвы и продуктивности сельскохозяйственных культур Поэтому большую роль в стабилизации продуктивности сельского хозяйства, повышении урожайности сельскохозяйственных культур и плодородия почвы играет биологизация растениеводства и земледелия, особенно фито- и биомелиорация
За последнее время большое количество пашни выводится из сельскохозяйственного использования Эти земли зарастают сорняками, и их продуктивность сводится к нулю Залужение этих земель сулит большую выгоду в производстве кормов и повышении плодородия почвы Кроме того, расширение посевов многолетних трав в структуре посевных площадей до 15-20 % значительно увеличит урожайность сельскохозяйственных культур за счет повышения фи-томелиоративного и фитосанитарного состояния пахотных земель Поэтому изучение и сравнительная оценка различных видов традиционных и нетрадиционных видов многолетних трав для увеличения продуктивности пахотных земель, залуження сельскохозяйственных угодий и повышения плодородия почвы является важной задачей науки и практики
Для расширения посевов многолетних трав на старопахотных землях и эффективного залуження малопродуктивных земель необходимо существенно улучшить семеноводство многолетних трав, прежде всего бобовых Поэтому в настоящее время научные исследования по разработке высокоэффективных технологий выращивания высоких урожаев многолетних трав для фуражных целей, а также производства семян являются актуальными Эти технологии должны базироваться на ресурсосберегающих' и экологоохранных принципах
Цель и задачи исследований Цель исследований - обоснование теоретических положений и разработка практических приемов по оценке и подбору многолетних трав, совершенствования технологии их возделывания для формирования высокопродуктивных агроцено-зов и способов повышения их фитомелиоративных свойств, обеспечивающих расширенное воспроизводство почвенного плодородия в степной зоне Поволжья, а также приемов стабилизации урожайности семян трав за счет новой ресурсосберегающей и экологоохранной технологии как составной части фитомелиорации
Для осуществления поставленной цели решались следующие задачи
теоретическое обоснование необходимости использования многолетних трав в качестве фитомелиорантов как в чистом виде, так и в сочетании с другими биомелиорантами для стабилизации и повышения почвенного плодородия,
обоснование срока использования фитомелиорантов для восстановления плодородия орошаемых участков,
оценка продуктивности многолетних трав по урожайности надземной биомассы,
определение величины биомассы пожнивно-корневых остатков и отдельно корневой массы по слоям почвы,
выявление взаимосвязей длины вегетационного периода с величиной надземной биомассы, величины биомассы корней с урожайностью зеленой массы трав,
изучение возможности использования нетрадиционных многолетних культур в качестве фитомелиорантов,
исследование влияния многолетних трав в чистом виде и в сочетании с биомелиорантами, а также последействия фитомелиорантов на водно-физические и агрохимические свойства чернозема,
установление влияния многолетних трав на урожайность последующих культур,
определение экологически безопасных доз осадков сточных вод для внесения в почву под многолетние травы,
анализ динамики содержания тяжелых металлов в почве и биомассе многолетних трав и оценка их фитосанитарного действия при использовании осадков сточных вод,
изучение особенности формирования элементов продуктивности семенной орошаемой люцерны в полосовых посевах в условиях ограниченности водных ресурсов,
установление факторов, стимулирующих и ограничивающих урожайность семенной люцерны в условиях орошения, и разработка методов их регулирования,
выявление математической взаимозависимости важнейших факторов формирования элементов продуктивности в посевах семенной люцерны на орошении с целью использования их для составления моделей получения прогнозируемой урожайности,
экономическая и биоэнергетическая оценки возделывания многолетних трав как кормовых іультур и как фитомелиорантов
Научная новизна. Применительно к степной зоне Поволжья теоретически обоснованы и разработаны приемы оценки и подбора многолетних трав, усовершенствована технология их возделывания для формирования высокопродуктивных агроценозов и использования в качестве фитомелиорантов с целью сохранения и повышения плодородия почвы, а также при залужений земель
Дана сравнительная оценка четырехлетнего последействия многолетних трав на улучшение агромелиоративного состояния малогумус-ных орошаемых черноземов
Установлены особенности формирования надземной и подземной биомассы бобовых и злаковых многолетних трав Определено их влияние на предотвращение деградации черноземных почв
В качестве фитомелиорантов помимо традиционных изучены новые многолетние травы - лядвенец рогатый, свербига восточная, астрагал нутовый и щавель кормовой
Доказана положительная роль биомелиорантов на примере осадков сточных вод (ОСВ) в улучшении фитомелиоративной способности и повышении продуктивности трав Исследовано влияние осадков сточных вод совместно с фитомелиорантами на водно-физические свойства почвы Рассчитаны эффекты взаимодействия осадков сточных вод и фитомелиорантов в повышении почвенного плодородия Изучено влияние осадков сточных вод на накопление в почве и растениях тяжелых металлов как при использовании их в удобрительных дозах (12,5 и 25,0 т/га), так и мелиоративных (50 и 100 т/га) Выявлена фитосанирующая роль изучаемых многолетних трав
Теоретически обоснована и разработана технология увеличения продуктивности семенников многолетних трав на примере орошаемой люцерны в полосовых посевах, которая изменяет экологические условия формирования продуктивности агроценоза этой культуры Выявлены приемы создания благоприятного экологического равновесия между полезными и вредными насекомыми, улучшающие опыление и снижающие численность вредителей
Практическая значимость работы Даны конкретные рекомендации по увеличению фитомелиоративного воздействия многолетних трав на плодородие черноземных почв и их подбору для повьшіения продуктивности агроценозов кормового и фитомелиоративного назначения Обоснованы рекомендации по использованию многолетних трав как предшественников в орошаемом кормовом севообороте
Показана высокая эффективность сочетания ОСВ с фитомелиоран-тами для повышения агрохимических и агрофизических свойств почвы
Выявлена эффективность полосового способа возделывания люцерны, обеспечивающего получение высоких стабильных урожаев семян, повышение плодородия почвы и экологической чистоты окружающей среды вследствие отсутствия необходимости химической борьбы с вредными насекомыми Так как данная технология способствует сбережению энергоресурсов, затрачиваемых на борьбу с вредителями и дополнительное опыление люцерны, ее следует отнести к энергосберегающим и экологически безопасным
Основные положения, выносимые на защиту
сравнительная оценка бобовых и злаковых многолетних трав как фитомелиорантов и их четырехлетнего последействия на улучшение агромелиоративного состояния орошаемых черноземов,
теоретическое обоснование и практическая возможность использования люцерны, эспарцета, донника, вики тонколистой, костреца безостого, житняка, лядвенца рогатого, свербиги восточной, астрагала нуто-вого и щавеля кормового для получения высококачественных кормов и в качестве фитомелиорантов для предотвращения деградации почвенного покрова и повышения плодородия почв степной зоны Поволжья,
методика подбора многолетних трав для увеличения продуктивности агроценоза и повышения плодородия почвы,
влияние многолетних трав в чистом виде и в сочетании с осадками сточных вод на поступление в почву органического вещества и изменение агрофизических и агрохимических свойств черноземов,
увеличение продуктивности многолетних трав под влиянием удобрительных и мелиоративных доз осадков сточных вод,
закономерность накопления тяжелых металлов в почве и растениях при внесении осадков сточных вод,
закономерности динамики факторов продуктивности семенной люцерны и формирования энтомофауны люцернового поля в полосовых посевах,
энергетическая и экономическая целесообразность применения бобовых и злаковых многолетних трав в качестве компонентов продуктивного агроценоза, фитомелиорантов и предшественников культур в севообороте
Апробация работы. Результаты работы доложены на 12 научно-практических конференциях в Саратове и Пензе, в т ч на 2 Всероссийских (Пенза, 2003, Саратов 2004), на 1 Межрегиональной (Саратов, 2003), на 5 Международных (Саратов, 1997, 2006, Пенза, 2001, 2005, 2005)
Реализация результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в хозяйствах Саратовского, Марксовского, Балаковского, Краснокутского, Ровенского районов Саратовской области Полученные материалы по возделыванию многолетних трав в качестве фитомелиорантов и по семеноводству многолетних трав широко используются при чтении лекций и на лабораторных занятиях по курсам «Орошаемое земледелие», «Агроланд-шафтное земледелие», «Системы земледелия»
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 52 научные работы общим объемом 32,4 печ л, из них лично автору принадлежат 10,7 печ л Ряд положений защищены патентом № 2138940 от 10 октября 1999 г Издана монография
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и предложений производству Работа изложена на 355 страницах компьютерного текста, включает в себя 22 рисунка, 112 таблиц и 90 приложений Список использованной литературы насчитывает 463 источника, в т ч 23 на иностранных языках
Степень использования сельскохозяйственных угодий
Первостепенной задачей земледелия в России на протяжении почти всего XX века был рост зернового производства. В период жесткого государственного регулирования использование земельного фонда было нацелено на расширение площадей пахотных земель. Площадь пашни значительно (на 34,7 %) была увеличена в 1953-1955 гг. за счет распашки целинных и залежных земель, прежде всего в районах Поволжья (на 24,0 %), Урала (на 28,7 %), Западной Сибири (на 46,7 %), Восточной Сибири и Дальнего Востока (на 38,3 %) (И.А. Трофимов, 2005).
Известно, что вовлечение части территорий в пашню без достаточного ресурсного обеспечения приводит к деградации почвенного покрова по уровню плодородия, снижению продуктивности флоры и фауны, развитию процессов водной и ветровой эрозии, разрушению гидрологической сети, серьезным нарушениям потоков энергии и вещества в агороэкосистемах, нарушению ландшафтов и их эстетических свойств (А.С. Шпаков, 2003; В.М. Кононов, 2002). Развитие земледелия коренным образом изменило степи, превратило их в специфические агороэколандшафты, которые оказались к настоящему времени крайне разбалансированными, неустойчивыми в экологическом отношении (Е.И. Рябов, 1995).
Следует отметить, что распашка земель и ее интенсивная обработка приводят к активной минерализации органического вещества и дополнительному поступлению в атмосферу углекислого газа (СОг), что усугубляет ситуацию, связанную с глобальным потеплением климата. По некоторым данным, доля пахотных земель в дополнительном поступлении СОг в атмосферу составляет свыше 15 % от общего (А.С. Шпаков, 2003).
В.В. Докучаев (1936) считал, что негативные изменения в гидрологии степи, действующие уже века, ведут к повседневному выпахиванию и мед 12 ленному истощению наших почв, в том числе и черноземов. Идеи Докучаева о мерах по оздоровлению «надломленного» степного земледелия стали основой разрабатываемым в настоящее время современным ландшафтным системам земледелия. (С.Н. Шевченко, В.А. Корчагин,2006).
Главное условие рационального природопользования в сельском хозяйстве - адаптация растениеводства к условиям среды, ведение земледелия на ландшафтной основе, позволяющей установить правильное соотношение пашни, луга, леса (Р.С. Шакиров, Р.И. Шамсутдинов, 2006; В.И. Баранов, Н.Б. Сухомлинова, Л.Г. Соломкина, 2005).
Один из первых шагов при переходе на адаптивно-ландшафтное земледелие - проведение инвентаризации землепользования для вывода из пашни малопродуктивных земель с последующим их залужением (А.В. Вражнов, 2001; B.C. Епифанов, 2001).
К осознанию необходимости введения ограничения на использование земель наука подошла в результате определенной логики мирового развития земледелия, когда в наиболее интенсивных его зонах началась полная деградация агроландшафта. Долго господствующая концепция освоения новых земель, зачастую взамен разрушенных, полностью себя исчерпала (Н.В. Па-рахин, 2002).
Правильно организованная территория должна быть насыщена не только производственными агрогеосистемами, но и разнообразными элементами природной экологической инфраструктуры. Наличие необходимого и достаточно прочного экологического каркаса является одним из наиболее объективных показателей устойчивости агроландшафтов (И.А. Трофимов, 2002; М.М. Маликов, 2000).
Высокая распаханность предопределяет слабость агроландшафта, интенсивное развитие в нем негативных процессов и резкое снижение продуктивности сельскохозяйственных земель (И.А. Трофимов, 2005; И.Ю. Каторгин, 2004). Для России характерна самая высокая распаханность сельскохозяйственных угодий (в среднем 66 %), доходящая во многих районах до 80 % и более. В пашню вовлечено большое количество эрозионных и маргинальных земель (А.Л. Иванов, 2004; В.П. Зволинский, З.Ш. Шамсутдинов, И.А. Трофимов, 2000).
Согласно данным Н.Ф. Реймерс (1994) целесообразно экологическое равновесие наблюдается, когда процентное соотношение между площадями естественных и преобразованных экосистем составляет 60 : 40.
Зволинский В.П., Хомяков Д.М. (1998) считают, что распашка более чем половины площади территории превышает разумные нормы, необходимые для устойчивого функционирования агроландшафтов.
Во многих работах отмечено, что наиболее оптимальным в отношении экологии агроландшафт будет при коэффициенте распаханности территории, близком к 0,6 (Зональные системы..., 1995; А.Н.Каштанов, 1992,1994; Ландшафтное земледелие, 1994).
При распашке более 60 % территории почва теряет способность к саморегулированию (В.Л. Дмитренко, 1995; В.Л. Дмитренко, Ю.А. Махортов, 1998).
Несбалансированная интенсификация растениеводства обостряет конфликт между целями производства и естественными ресурсами (Н.В. Пара-хин, 2002).
В лесостепной и степной зонах согласно И.А. Трофимову (2002) элементы экологического каркаса ландшафта (природные кормовые угодья, лес, вода) и элементы, повышающие его экологическую устойчивость (многолетние травы на пашне), должны составлять 50-60 % общей площади агроландшаф-та.
Следует отметить, что и до настоящего времени параметры оптимального использования угодий в агроландшафтах в зависимости от зональных особенностей, ресурсного обеспечения и экономических требований в достаточной степени не обоснованы. Можно лишь по историческим аналогиям пред 14 положить, что в лесной зоне в структуре сельхозугодий не менее 50-55 %, а в степной 40-45 % должна занимать многолетняя травянистая растительность.
В настоящее время доля многолетней травянистой растительности в степной зоне в составе сельхозугодий сокращается до 20-22 %, в том числе на пашне - до 3-4 %, а доля пропашных и пара возрастает до 30-32 %. Поэтому здесь наблюдается интенсивная деградация территории вследствие эрозионных процессов, неустойчивости теплового и водного режимов, снижения энергетических запасов в почве в результате активной минерализации органического вещества (А.С. Шпаков, 1999).
Кардинальный путь ослабления процессов дефляции и эрозии почв -консервация сильнодеградированных земель, исключение из сельскохозяйственного оборота для создания на них защитного растительного покрова (В.К. Савостьянов, 2004). Особенно в ландшафтах с распаханностью более 70 % (И.Ю. Каторгин, 2004).
В.В. Коломейченко, Г.И. Дурнев (2001) предлагают 10-15 % пашни, разрушенные эрозией, как можно быстрей отвести под постоянное залужение.
По мнению Л.Н. Петровой, В.К. Дридигер (2000) необходимо увеличить долю многолетних трав в 2 раза, особенно на деградированных почвах.
В своей работе Е.П. Чирков (2000) отмечает, что, учитывая кризисную ситуацию в сельском хозяйстве и в целях более эффективного использования земли при дефиците материально-денежных средств, вопрос расширения посевов многолетних трав следует считать приоритетным.
В структуре европейских стран площадь лугов занимает существенную долю сельскохозяйственных угодий: от 51 % в Нидерландах до 72 % в Швейцарии (А.А. Кутузова, Г.В. Благовещенский, 2005).
Консервация земель широко применяется в США и Канаде. В соответствии с сельскохозяйственным законом 1990 г. в США осуществляется начатая еще в 1985 г. программа охраны сильноэродированных земель, в соответствии с которой к 1995 г. 15-17 млн. га таких земель по соглашению с землепользователями должны были быть выведены из оборота для создания на них на десятилетний период постоянного почвозащитного растительного покрова. При этом к моменту принятия закона из оборота уже было изъято 13,8 млн. га сильноэродированных земель (Г.Г. Мамаева, 1996). В 1999-2001 гг. в США по программе консервации земель ежегодно выделяли фермерам около 2 млрд. долл. при общей их государственной поддержке более 20 млрд. долл. по всем программам (Б.А. Черняков, 2002). Объем ежегодных затрат государства на консервацию земель в США сопоставим с затратами Советского Союза на освоение целинных и залежных земель в Сибири в 1954-1958 гг., составившими тогда около 2 млрд. руб.
Азотный режим почвы
В среднем за 1994-1996 гг. содержание нитратного азота в слое 0-20 см после трехлетней люцерны и клевера было 7,2-7,3 мг на 100 г почвы, а после костреца безостого 5,0 мг. В слое 20-40 см количество его составило 6,0-6,1 и 4,1 мг. После шестилетнего использования многолетних трав в качестве мелиорантов содержание нитратного азота по пласту равнялось 5,9-6,2 и 4,9 мг в слое 0-20 см; 4,9-5,4 и 4,3 мг в слое 20-40 см. Снижение содержания нитратного азота в почве под многолетними травами шестилетнего срока использования в качестве биологических мелиорантов по сравнению с трехлетним сроком их использования можно объяснить затуханием микробиологических процессов в связи с уплотнением почвы и снижением активности клубеньковых бактерий с возрастом бобовых трав (прилож. 1).
Содержание нитратного азота после распашки трав трехлетнего срока использования было больше, чем на залежи на 0,8-0,9 мг в верхнем слое 0-20 см и на 1,7-1,8 мг в слое 20-40 см. В среднем слое 0-40 см различия составили 1,3 и 1,4 мг на 100 г почвы.
По сравнению со старопахотной почвой содержание нитратного азота после трехлетних бобовых трав было больше, в слое 0-20 см на 2,4-2,5 мг, в слое 20-40 см - на 1,7-1,8 мг на 100 г почвы, а после шестилетних - на 1,1-1,4 и 0,6-1,1 мгна 100 г почвы.
По пласту люцерны и клевера наилучший азотный режим складывался на участках трехлетнего срока их использования. Содержание нитратного азота в первый год распашки под кострецом безостым было выше, чем на старопахотной почве, но несколько ниже, чем на залежи.
На второй год после распашки многолетних трав (оборот пласта) в среднем за 1995-1997 годы различие в содержание нитратного азота.между участками трехлетнего и шестилетнего срока использования несколько сгладились. В слое 0-20 см различие составило 0,5-1,0 мг, в слое 20-40 см -0,2-1,3 мг на 100 г почвы (прилож. 2).
После костреца безостого азота было больше при шестилетнем сроке его использования. После всех многолетних трав без исключения азотный режим был более благоприятным, чем на старопахотной почве.
В слое 0-40 см количество нитратного азота было после люцерны больше, чем на старопахотной почве на 0,6-1,8 мг, после клевера - на 0,7-1,2 мг и после костреца безостого - на 0,2-0,9 мг на 100 г почвы. Лучше всего складывался азотный режим почвы по обороту пласта бобовых многолетних трав и особенно по пласту люцерны.
На третий год после распашки многолетних трав в среднем за годы исследований содержание азота в слое почвы 0-40 см было наибольшим после люцерны и клевера трехлетнего срока использования (прилож. 3). Содержание его после бобовых трав было больше в этом слое на 1,8-1,9 мг, чем после костреца безостого. После шестилетних бобовых трав в слое 0-40 см азота было на 1,2-1,4 мг меньше, чем после трехлетнего срока их использования. Несмотря на это, различие с кострецом безостым составило 1,1-1,4 мг на 100 г почвы.
Таким образом, на третий год после распашки многолетних трав наилучший азотный режим почвы под кукурузой складывался под люцерной и клевером третьего года использования.
На четвертый год после распашки различия в содержании азота в почве между кукурузой посеянной после трехлетних бобовых трав и костреца безостого заметно выравнились. В слое 0-20 см они составили 0,3-0,5 мг, а в слое 0-40 см - 0,1-0,3 мг на 100 г почвы (табл. 18).
Различия со старопахотной почвой равнялись 0,7; 0,5 и 0,4 мг на 100 г почвы.
На четвертый год после распашки трав шестилетнего срока использования различия в содержании нитратного азота в почве на участке с бобовыми травами и кострецом безостым в слое 0-40 см составили 1,1-1,7 мг на 100 г почвы, а разница со старопахотной почвой была 2,1; 1,5 и 0,4 мг (табл. 19).
Таким образом, во все годы исследований после бобовых культур (люцерна и клевер складывался наиболее оптимальный азотный режим. Люцерна содержала азота несколько больше, чем клевер. Это можно объяснить изреженностью последнего, особенно при длительном его использовании.
Пористость почвы
В соответствии с плотностью изменялась и пористость почвы. В 2002 году в верхнем слое почвы 0 - 10 см пористость колебалась под кукурузой после бобовых трав в пределах 56,7 - 57,8%. После злаковых трав она была несколько выше и составляла 58,9%. Меньше всех пористость отмечена на старопахотной почве (контроль). Различие пористости после злаковых трав с контролем равнялось 3,7% (прилож. 46).
В пахотном слое под кукурузой после злаковых трав пористость была наибольшей и составляла 57,0%. Наименьшей она была на контроле после овса 53,7%. Пористость после бобовых трав занимала промежуточное положение и равнялась 54,3 - 56,7%. Различие с контролем после костреца безостого в этом слое составляло 3,3%; с люцерной — 3,0%; с эспарцетом и викой — 2,5%; с донником — 1,5%. Из бобовых трав хорошо влияла на пористость люцерна.
В подпахотном горизонте (глубже 30 см) наибольшая пористость была под люцерной. Она составляла 51,8%, т.е, выше контроля на 4,3%. Под остальными культурами пористость изменялась от 51,1% после эспарцета до 48,2%) после костреца безостого.
После бобовых трав в подпахотном горизонте пористость почвы была выше, чем после злаковых трав на 3,6% после люцерны, на 2,9% после эспарцета, на 3,7% после донника и на 2,6% после вики.
После костреца безостого пористость подпахотного слоя приближалась к старопахотной почве. Различие составило всего 0,7%.
В 2003 году наивысшая пористость почвы была в слое 0 - 10 см. После бобовых трав она варьировала от 56,6% после эспарцета до 57,4% после люцерны.
После костреца и житняка этот показатель был выше всех и превосходила люцерну на 0,8 - 1,1%; эспарцет — на 1,6 - 1,9%; донник — на 1.1 - 1,4% и вику — на 0,4 - 0,7% . Наименьшая пористость в этом слое была на старопахотной почве. Она уступала бобовым травам на 3,4 - 4,1%, злаковым — на 4,5 - 4,8%).
В пахотном слое почвы 0 - 30 см злаковые травы превосходили люцерну на 0,3 - 0,9%; эспарцет — на 0,9 - 1,5%; донник — на 1,0 - 1,6%; вику — на 0,6 - 1,2%. Под кукурузой, посеянной после бобовых трав пористость почвы превышала контроль на 3,1 - 3,7%), а посеянной после распашки злаковых трав — на 4,1 -4,7%.
В подпахотном слое в 2003 году, как и в 2002 году пористость под кукурузой после злаковых трав была заметно ниже, чем после бобовых. Если в первом случае она колебалась в пределах 47,4 - 47,8%, то во втором — в пределах 51,1 - 52,6%. Различие составило 3,7 - 4,8% (прилож. 47).
Пористость почвы после злаковых трав подпахотном горизонте была одинакова со старопахотной почвой на контроле. Различие составляло 0,2 -0,6%.
В 2004 году пористость в верхнем слое 0 - 10 см под кукурузой, посеянной после распашки злаковых трав была наибольшей 58,9 и 61,9%. После бобовых трав она колебалась в пределах 56,3 - 57,7%, т.е. была меньше, чем после злаковых трав на 2,6 - 4,2%). И после злаковых трав и после бобовых трав этот показатель в слое 0 -10 см был выше , чем на контроле после овса. В первом случае различие отмечено на 2,1 - 5,1%), во втором — на 0,9%.
В пахотном слое 0-30 см пористость почвы под кукурузой посеянной после злаковых трав равнялась 57,4 - 59,3%, после бобовых — 54,5 - 56,3%, после овса на контроле — 52,6%. Различие контроля с бобовыми травами отмечено в пределах 1,9 - 3,7%, со злаковыми — 4,8 - 6,7%. Пористость почвы после злаковых трав была выше, чем после бобовых на 2,9 - 3,0%.
Иная закономерность наблюдается в подпахотном слое почвы глубже 30 см. Здесь пористость под бобовыми травами колебалась в пределах 50,4 -53,2%), под злаковыми — от 47,5 - 48,5%. Различие в пользу бобовых трав равнялось 2,9 - 4,7% (прилож. 48).
После овса пористость почвы под кукурузой была близка к пористости после житняка и костреца. Различие составило в среднем 0,1 %.
Различие пористости почвы после бобовых трав с контролем составляли в пределах 2,4 - 5,0%. Наивысшая пористость отмечена после люцерны 53,1%.
В среднем за годы исследований %. наибольшая пористость почвы в верхнем слое 0 - 10 см под кукурузой, посеянной по пласту многолетних трав, отмечена после костреца безостого и житняка. Она составляла 59,6 и 58,5%). Это на 4,4 и 3,3% выше, чем на контроле.
После бобовых трав пористость в слое 0 - 10 см колебалась от 56,7% после эспарцета до 57,8%) после люцерны. Пористость почвы после бобовых трав была выше, чем на контроле. Различие равнялось 1,5 - 2,6%.
В пахотном слое 0 - 30 см наибольшая пористость отмечена также под кукурузой после житняка и костреца безостого. Она равнялась 56,7 и 57,8%.
В среднем за годы исследований пористость после распашки злаковых трав была в пахотном слое выше, чем после распашки бобовых трав на 1,5 -1,9 %. Как после злаковых трав, так и после распашки бобовых пористость была выше в пахотном слое, чем на контроле после овса на 3,9 - 5,0 и 2,0 -3,5% (табл.47).
В подпахотном слое почвы глубже 30 см после бобовых трав пористость почвы достигала 51,1 - 51,9%). После злаковых трав она снижалась до 47,4 -48,2%о, что ниже, чем на вариантах с бобовыми травами на 3,7%.
Таким образом, как показывают наблюдения за пористостью, после распашки многолетних трав рыхлее остается пахотный слой после злаковых трав, а подпахотный после бобовых.
Пористость аэрации в 2002 году изменялась в той же закономерности, что и общая пористость.
Наибольшей она была под кукурузой в пахотном слое 0 - 30 см после костреца безостого и превышала контроль на 3,4%. После бобовых культур она колебалась от 20,2 (донник) до 21,9% (люцерна). Это на 0,7 - 2,4% выше, чем на контроле и на 1,0 - 2,7% ниже, чем после костреца безостого (прилож. 49).
В подпахотном слое под кукурузой пористость аэрации составляла соответственно после костреца безостого, бобовых трав и после овса 11,7%; 14,3-15,4% и 11,0%.
В подпахотном слое пористость аэрации была наивысшей после бобовых трав. Этот показатель был выше, чем после костреца безостого на 2,6 - 3,7% и выше, чем после овса (контроль) на 3,3 - 4,4%.
Корни бобовых многолетних трав создавали повышенную пористость аэрации в подпахотном слое.
В 2003 году пористость аэрации в пахотном слое под кукурузой после злаковых трав костреца и житняка равнялась 22,7 и 22,1%. Это выше, чем после бобовых трав на 0,9 - 1,2% и выше, чем после овса — на 2,2 - 2,8%.
Пористость аэрации после бобовых составляла 20,9 - 21,8%, что выше, чем на контроле на 1,0 - 1,9%.
Пористость аэрации в подпахотном слое после бобовых трав под кукурузой равнялась 15,0 - 16,1%, а после злаковых трав — 10,9 - 11,3%. После бобовых трав пористость аэрации в 2003 году повысилась по сравнению со старопахотной почвой на 2,9 - 4,4% (прилож. 50).
После злаковых трав она была одинакова со старопахотной почвой. Различие составляло 0,4 - 0,8%.
Энергетическая и экономическая эффективность возделывания многолетних трав
В настоящее время единственный путь сельскохозяйственного производства — переход к ресурсосберегающим технология, в которых важное место приобретает повышение плодородия почвы на основе фитомелиорантов. Ресурсосберегающие технологии повышения плодородия почвы основываются на расчетах энергетических показателей и энергетическом балансе.
Энергетический анализ дает возможность получать с помощью энергетических эквивалентов наглядные результаты по эффективности производства разных видов продукции, различных мелиоративных приемов, в том числе и фитомелиорантов, во взаимосвязи с уровнем использования природных ресурсов в земледелии. Денежные оценки, в отличие от энергетических могут оказаться некорректными, так как зависят от коньюктурных цен на сырье и продукцию.
С помощью энергетического анализа в земледелии и мелиорации можно выявить степень ресурсоемкости технологических процессов и мелиоративных приемов.
Биоэнергетический метод оценки эффективности мелиоративных приемов позволяет получить наиболее объективную информацию. Он получил широкое признание в мире как универсальный способ оценки потоков антропогенной энергии в агроэкосистемах, в том числе и мелиоративных.
В качестве основных показателей, характеризующих энергоемкость процесса, технологий в целом и отдельных мелиоративных приемов, принимается полная энергоемкость, представляющая собой сумму прямых и овеществленных энергозатрат, отнесенных к единице объема выполненной работы или произведенной продукции.
291 Эффективность потребления энергетических ресурсов в процессе производства характеризуется коэффициентом энергетической эффективности, отношением обменной энергии, аккумулированной за счет фотосинтеза, к полным затратам энергии на производство продукции. Энергетический анализ мобилизует на экономию энергетических затрат, на поиски энергетических технологий и мелиоративных приемов, повышение энергетической эффективности, на широкое использование более дешевых внутренних энергетических ресурсов и мелиоративных приемов, характеризует технологический уровень производства, раскрывает долю составляющих материальных затрат и т.д.
При расчете энергетических показателей, характеризующих энергоемкость предложенных технологических операций, использовались методики энергетической оценки в сельском хозяйстве, предложенные М.М.Северневым(1991), В.В.Коренец(1992)и др.
В этой связи нами проведен расчет энергетической эффективности на второй и на четвертый годы после распашки биологических мелиорантов (табл. 98-99).
При использовании биомелиорантов в течение шестилетнего срока энергетические затраты были на 37,2-37,8 % больше, чем при использовании биомелиорантов в течение трех лет. Дополнительные затраты, связанные с уходом за ростом и развитием растений, в течение трех лет.
На второй год после распашки люцерны энергетическая эффективность возделывания кукурузы составила 15,1-21,0, после клевера - 12,6-20,3 или на 3,4-19,8 % меньше, после костреца безостого - 12,2-19,5 или на 7,6-23,7 % меньше.
На мелиорированной почве получено обменной энергии на 1 м3 поливной воды в 1,5-2,0 раза больше, чем на старопахотной почве.
Энергетическая эффективность при использовании биомелиорантов в течение трех лет была больше, чем при шестилетнем, на 39,1-61,1 %.
Энергетическая эффективность возделывания кукурузы после использования мелиорантов была на 3,4-77,9 % больше, чем возделывание кукурузы по старопахотной почве в севообороте. На четвертый год после распашки биомелиорантов урожайность кукурузы заметно сгладилась. Энергетическая эффективность после люцерны составила 13,2-19,0, после клевера розового 13,7-18,2, после костреца безостого 13,0-18,3, т.е. она мало различались по вариантам с различными фитомелиорантами. Сроки использования мелиорантов существенно влияли на энергетическую эффективность возделывания последующей культуры. После использования люцерны в качестве фитомелиоранта в течение трех лет энергетическая эффективность была на 43,9 % больше, чем при шестилетнем использовании, после клевера - на 32,8 %, после костреца безостого - на 40,7%.
Энергетическая эффективность возделывания кукурузы на четвертый год после распашки трав была выше, чем по старопахотной почве, на 5,7-54,5 %т
Количество обменной энергии, полученной на 1 м поливной воды, при возделывании кукурузы после применения фитомелиорантов на 50-60 % выше, чем по старопахотной почве.
При расчете энергетической эффективности по различию гумуса по вариантам и оценке его энергетической ценности через урожай по азоту наибольшая эффективность отмечена на вариантах с трехлетним использованием бобовых фитомелиорантов. Здесь она равнялась 9,8-11,2. На вариантах с шестилетним использованием фитомелиорантов энергетическая эффективность составила 9,0-9,7 или на 8,9-15,4 % меньше, чем с трехлетним, за счет увеличения энергозатрат (табл. 100).
Можно рассчитать энергетическую эффективность по различию гумуса в почве на вариантах опыта и непосредственной оценке его энергетической ценности через энергетический эквивалент (табл.101).
При этом на вариантах с трехлетним сроком использования бобовых биомелиорантов энергетическая эффективность была 11,5-13,0, а на вариантах с шестилетним сроком использования 10,2-10,6 или на 12,7-22,6 % меньше.
После костреца безостого энергетическая эффективность при трехлетнем сроке использования равнялась 7,8, а при шестилетнем 11,6, или на 32,8 % больше. Это объясняется изреживанием посевов клевера и люцерны и высокой густотой шестилетнего травостоя костреца безостого, способного интенсивно накапливать гумус.
Таким образом, применение в качестве биологических мелиорантов как бобовых, так и злаковых многолетних трав было выгодно с энергетической точки зрения.
Наибольшая энергетическая эффективность при возделывании кукурузы на зеленый корм после мелиорации отмечена при применении в качестве фитомелиоранта люцерны и клевера. Несколько менее эффективным был кострец безостый.
Наиболее энергетически эффективным отмечено трехлетнее использование многолетних бобовых трав в качестве фитомелиорантов по сравнению с шестилетним.
Для сравнительной оценки многолетних трав как фитомелиорантов рассчитывалась энергетическая эффективность отдельно при выращивании многолетних трав на зеленую массу и при выращивании последующей культуры на силос, в качестве которой использовалась кукуруза.
Наименьшая энергетическая эффективность отмечена на контроле при выращивании овса. Коэффициент энергетической эффективности составил 2,69.
Наибольший коэффициент энергетической эффективности был при выращивании бобовых культур. Он колебался от 3,94 у донника до 4,36 у вики остролистной и 5,18 у люцерны (табл.102).
