Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 9
1.1 Агрофизические свойства почв рисовых (мелиоративных) систем
1.2 Агрохимические свойства 13
1.3 Средообразующая, экологическая, санитарно-гигиеническая роль однолетних и многолетних трав 18
1.4 Кормовые культуры как фактор активизации процессов воспроизводства плодородия почв 21
1.5 Фитомелиорация 28
2 Характеристика природных условий и методические основы проведения исследований 33
2.1 Почвенно-климатические условия 33
2.2 Методы исследований 41
3 Воздействие однолетних и многолетних культур на свойства почвы 44
3.1 Рост и развитие культур 44
3.2 Продуктивность кормовых культур при возделывании на мелиоративной системе 47
3.3 Изменение состояния почвенного плодородия при возделывании однолетних и многолетних культур 53
3.3.1 Изменение агрофизических показателей почвенного плодородия 53
3.3.2 Изменение агрохимических показателей почвенного плодородия 62
3.4 Характеристика биологической активности почвы в зависимости от возделываемой культуры 70
3.5 Влияние культур-фитомелиорантов на урожайность последующей культуры в звене севооборота 75
3.6 Оценка окультуренности почв 79
4 Экономическая эффективность возделывания кормовых культур на мелиоративной системе 88
Выводы 92
Предложения производству 94
Список литературы 95
- Агрохимические свойства
- Кормовые культуры как фактор активизации процессов воспроизводства плодородия почв
- Продуктивность кормовых культур при возделывании на мелиоративной системе
- Характеристика биологической активности почвы в зависимости от возделываемой культуры
Агрохимические свойства
Структура почвы имеет большое значение, так как в значительной мере определяет сложение, водно-воздушный режим и весь комплекс биологических и физико-химических процессов, от которых зависит уровень плодородия, что особо важно для почв тяжелого гранулометрического состава, для которых по словам П.А. Качинского (1963) «справедливо положение — культурная почва — структурная почва» [60].
В процессе окультуривания маломощных тяжелосуглинистых и глинистых почв за счет припашки малоплодородного элювиального горизонта с одновременным внесением органического удобрения и извести на формирование водопрочной структуры влияет целый ряд факторов, действие части которых может быть противоположным [109] .
Как показали исследования Ф.И. Левина (1972), при распашке целинных и залежных земель содержание прочной структуры в пахотном слое резко уменьшается. Обработка почвы усиливает процесс минерализации органических веществ и тем самым способствует разрушению структурных агрегатов, прочность которых обусловлена гумусовыми веществами, но, с другой стороны, она же способствует образованию подвижных гуминовых кислот, при участии которых в почве создаются наиболее прочные структурные агрегаты [61].
В условиях Дальнего Востока вопросы структурного состояния почв являются наименее исследованными. В работах А.П. Куртесова (1939, 1948), А.Г. Воложенина (1971), Л.М. Рясинской и А.Т. Грицуна (1981), В.В. Судакова (1970) и др. имеются данные по изменению структурно-агрегатного состава пахотного горизонта почв после подъема целины, известкования, запашки клевера, внесения минеральных и органических удобрений [148].
В условиях нестабильного водно-воздушного режима тяжелых по механическому составу почв равнинной части Дальнего Востока и вероятности их периодического переувлажнения, создание и поддержание на определенном оптимальном уровне воздухоемкой порозности является важнейшим требованием для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур [145].
В.Р. Вильямс писал, что «скважность есть то именно свойство почвы, которое более всего подвержено нашему влиянию, и все изменения в строении почвы, которые мы производим в ней обработкой, в сущности сводятся к изменению величины скважности, точно так же наши старания удержать прочность, культурное строение почвы приводят к старанию закрепить раз приданную скважность» [149].
Интегральным показателем состояния водно-физических свойств почвы является плотность, которая, в свою очередь, сама является функцией структуры, микроструктуры, гранулометрического и минералогического состава, содержания органического вещества, влажности и других показателей [19].
В целом, существенная разница между оптимальной и равновесной плотностью в пахотном горизонте, а также между пахотным и подпахотным горизонтами является показателем неоптимальности сложения корнеобитаемой толщи почвенного профиля. Показателем неоптимальности водно-воздушных свойств является, прежде всего, глубина проникновения корневой массы сельскохозяйственных растений [34] .
В своей монографии А.Г. Воложенин (1971) приводит данные по распределению корней культурных растений по профилю буро-подзолистой почвы, обладающей наиболее контрастным разделением плотности между пахотным и подпахотным горизонтами [40].
Увеличение мощности пахотного горизонта до глубины 20 - 22 см на слабоокультуренных почвах и 27 - 30 на среднеокультуренпых способствует более равномерному распределению корней в пахотном слое, особенно на окультуренных вариантах. Эти положительные явления связаны с относительным улучшением водновоздушного режима окультуренных почв [150].
Сельскохозяйственное освоение и окультуривание почв способствуют изменению водно-физических свойств и связанных с ними почвенных режимов, что обусловлено, повышенным расходом влаги культурными растениями и резким увеличением глубины активного влагообмена [177].
По мнению большинства исследователей азотного режима почв, распашка и сельскохозяйственное использование земель приводят к значительному снижению содержания общего азота и только на стадии высокой степени окультуренности к его накоплению. Одновременно с повышением окультуренности почв увеличивается потребление растениями азота почвы [2]. Проблема азота в почвоведении и земледелии Приморского края одна из наиболее дискуссионных и малоизученных. Это связано с большой динамичностью содержания минеральных подвижных форм азота в пахотных почвах, противоречивостью данных о накоплении биологического азота бобовыми культурами и микробиотой, низким коэффициентом корреляции урожайности основных культур с различными подвижными формами азота в почвах равнинной части края [151]. Исследования показали, что процесс окультуривания пахотного горизонта почвы способствует существенной трансформации форм соединений азота и увеличению биологической активности, что свидетельствует о благоприятном воздействии приемов окультуривания на азотный режим почв. Значительно сложнее вопрос баланса азота под различными сельскохозяйственными культурами, что связано с определенной условностью статей его составляющих, в частности коэффициентов использования азота растениями из почвы и удобрений, величины симбиотического накопления азота бобовыми культурами, коэффициента денитрификации [21, 148].
Несмотря на то, что проблема азота является важнейшей в земледелии, показатели азотного режима почв разработаны явно недостаточно как для цели общей характеристики, так и трансформации в результате различных приемов минимального или коренного изменения уровня почвенного плодородия [61].
Для земледелия Дальнего Востока проблема фосфорного питании растений всегда была одной из важнейших, что обусловлено слабой степенью подвижности фосфора, преобладанием пахотных почв с низкой степенью обеспеченности Р2О5, быстрым переходом фосфорных удобрении в труднодоступные.
Кормовые культуры как фактор активизации процессов воспроизводства плодородия почв
Высота снежного покрова в годы исследований заметно влияла на глубину промерзания почвы. Самая минимальная она была зимой 2011-2012 года и составляла всего от 2 до 6 см, и в этот год наблюдалась максимальная глубина промерзания от 76 до 152 см. Зимой 2010-2011 и 2012-2013 годов снега было достаточное количество, поэтому почва промрзла гораздо меньше. Но, несмотря на достаточно большую глубину промерзания, минимальная температура почвы на глубине 3 см, которая влияет на сохранность узла кущения растений, не достигла критических значений и составляла от -2 до -11 оС. Следовательно, в годы исследований сложились достаточно благоприятные условия для перезимовки многолетних культур.
Таким образом, различие погодных условий в годы исследований позволили всесторонне оценить биологические особенности изучаемых культур и их фитомелиоративное влияние на свойства луговой глеевой почвы.
Полевые исследования проводились на суходольной части рисовой мелиоративной системы ГНУ Приморский НИИСХ Россельхозакадемии (Приморский край, Уссурийский р-он, пос. Тимирязевский).
Опыт 1 Влияние однолетних культур-фитомелиорантов на изменение показателей почвенного плодородия.
Повторность 4-х кратная, площадь делянок от 180 до 225 м2, расположение - рендомизированное. Культуры высевались по следующей схеме: Суданская трава (сорт Северянка); Гречиха (сорт Приморская 7); Соя (сорт Приморская 13). Опыт 2 Влияние многолетних культур-фитомелиорантов на изменение показателей почвенного плодородия
Повторность 4-х кратная, площадь делянок от 100 до 180 м2, расположение -рендомизированное. Культуры высевались по следующей схеме: Кострец безостый (сорт Первомайский); Люцерна изменчивая (сорт Находка); Клевер луговой (сорт Приморский 14); Донник белый (сорт Обской гигант). В течение вегетационного периода проводились следующие учты и наблюдения: 1. Фенологические наблюдения. 2. Накопление зелной массы, урожайность семян. 3. Определение показателей почвенного плодородия (агрофизические и агрохимические свойства почвы, активность микрофлоры).
Закладка опытов проводилась согласно «Методике полевого опыта» Б.А. Доспехова [44], учеты и наблюдения по «Методике полевых опытов с кормовыми культурами» [121]. В опытах использованы сорта, включнные в Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию по Дальневосточному региону [27].
Фенологические наблюдения начинали после посева, дату которого отмечали в полевом журнале. В последующем прослеживали наступление следующих фаз развития растений: у мятликовых - всходы, кущение, выход в трубку, вымтывание, цветение, спелость, созревание; у гречишных - всходы, ветвление, бутонизация, цветение, плодообразование, созревание; у бобовых -всходы, ветвление, бутонизация, цветение, образование бобов, налив семян, созревание, спелость. Начало очередной фазы развития считают наступление е у 10% растений, а полную фазу отмечают при наступлении е у 70% растений на делянках двух несмежных повторностей опыта.
Урожайность зелной массы определяли в фазу вымтывания у мятликовых, начала цветения - у гречишных, начала образования бобов - у бобовых культур. Учт зелной массы проводили путм скашивания с выделенной площадки 1 м2 с пересчтом урожайности на 1 га.
Семенную продуктивность определяли также с площадок 1 м2 с пересчтом урожайности на 1 га. Образцы для агрофизических показателей отбирались по двум диагоналям делянок на глубине 20 см в осенний период. Влажность определяли весовым методом, плотность – с использованием бура Литвинова, плотность тврдой фазы – пикнометрическим методом, пористость – расчтным способом [112]. Агрохимические показатели почвенного плодородия определяли в смешанных образцах следующими методами: содержание легкогидролизуемого азота (N) – по И.В.Тюрину и М.М.Кононовой; содержание гумуса – по И.В.Тюрину; реакции почвы (рH): водной вытяжки (Н2О), солевой (КCl) – потенциометрическим методом; гидролитическую кислотность (Нг) – титрованием, подвижных форм фосфора (Р2О5) и калия (К2О) методом Кирсанова, сумму поглощнных оснований – по Каппену-Гильковицу [1].
Для характеристики численности и группового состава микроорганизмов и интенсивности протекания разных стадий процесса гумификации использованы показатели, предложенные М.Ф.Овчинниковой. При исследовании изменений в показателях биогенности и биологической активности почв в процессе трансформации органического вещества применяли общепринятые методы в микробиологии [106].
Математическую обработку данных осуществляли по Доспехову Б.А. с использованием прикладных программ [44]. Экономическая оценка технологии возделывания однолетних и многолетних культур согласно «Методическим рекомендациям по экономической и биоэнергетической оценке севооборотов и технологий возделывания кормовых культур» [122].
Продуктивность кормовых культур при возделывании на мелиоративной системе
Математическая обработка показала сильную корреляционную зависимость урожайности зелной массы гречихи от кислотности почвы (r=0,94) и среднюю для суданской травы (r=0,56) и сои (r=0,69) (приложение К). Эта зависимость отражена на графиках (рисунок 3.7), из которых видно что у гречихи график приближается к прямой линии с максимальным углом наклона, поэтому зависимость можно характеризовать практически как линейную.
Органическое вещество почвы играет очень важную роль в создании почвенного плодородия, в питании растений, служит основным источником пищи и энергетическим материалом для большинства почвенных микроорганизмов, оказывает положительное влияние на структуру почвы, тепловой и водно-воздушный режим, влагомкость, участвует в адсорбционных процессах (с увеличением содержания гумуса в почве увеличивается е поглотительная способность и буферность) [112].
Т.к. содержание гумуса в исследуемых почвах находится в пределах от 2 до 4%, их можно отнести к среднегумусным [61]. Анализируя его содержание под однолетними культурами, мы видим, что наибольшее его количество находится под соей. В годы наблюдений под этой культурой гумуса было больше, чем под суданской травой на 0,06% - в 2010, на 0,09% - в 2011 и на 0,28% - в 2012 году. Под гречихой только в 2011 году гумуса было больше на 0,13%, а в 2010 и 2012 году меньше на 0,05%. Содержание гумуса является наиболее стабильной величиной, поэтому его вариабильность за годы исследований была минимальной.
Сумма поглощнных оснований характеризует общее количество катионов оснований (Ca, Mg, K, Na, NH4) тврдой фазы почвы, способных к обмену на катионы почвенного раствора. Оптимальное значение «условная норма» этого показателя в пахотном горизонте должна быть равна 27 мг-экв на 100г почвы.
За годы исследований только в 2011 году значение этого показателя приблизилось к оптимальному значению. Но, тем не менее, оно было ниже у суданской травы и гречихи на 3,34 и 3,97 мг-экв соответственно, у сои – на 5,07. В 2010 году под всеми культурами сумма поглощнных оснований была ниже - в пределах 6 - 7 мг-экв, в 2012 году – в пределах 9 – 10 мг-экв.
Таким образом, по содержанию питательных элементов азота, фосфора и калия, а также по кислотности наиболее оптимальные условия почвенного плодородия сложились под гречихой, а по содержанию гумуса и суммы поглощнных оснований – под соей.
Содержание питательных элементов под многолетними культурами увеличивали свои значения от 2-го к 3-ему году жизни (таблицы 3.3.5 и 3.3.6). Таблица 3.3.5 – Агрохимические показатели почвы под многолетними культурами 2 года жизни
Содержание азота легкогидролизуемого под кострецом возросло на 5,6 мг/кг, под люцерной – на 8,3, под клевером – на 18,5, под донником – на 15,6. Наибольшее значение этот показатель принимал под клевером, хотя и не достиг оптимального значения на 16,5 мг/кг почвы.
Содержание соединений фосфора в почве под многолетними травами 2-го года жизни было невысоким и имело различия по культурам в пределах НСР, а на 3-ий год жизни значительно возросло: под кострецом – в 1,2, под люцерной – в 1,5, под клевером – 1,4, под донником – в 1,1 раза соответственно. Под люцерной и клевером этот показатель превысил норму в 1,3 и 1,1 раза.
Наибольшее количество калия во 2-ой год жизни содержалось под кострецом, под донником его было меньше на 8,2, под клевером – на 17,3, под люцерной – на 27,9 мг/кг почвы. На 3-ий год жизни его количество достигло оптимальных значений под всеми культурами, но больше всего его содержалось под люцерной. По сравнению со 2-ым годом жизни этот показатель увеличился в 1,7 раза, под кострецом – в 1,1, под клевером – в 1,4, под донником – в 1,3 раза соответственно.
Исходя из этого, можно сказать, что содержание питательных элементов в почве под многолетними культурами накапливается с продолжительностью жизни. Особенно это выражено у бобовых культур – люцерны и клевера.
Величина рН солевой вытяжки у многолетних культур 2-го года жизни указывает на среднекислую реакцию среды. На 3-ий год жизни она переходит в слабокислую и приближается к нейтральной. Наиболее ярко это выражено под клевером. Под этой культурой кислотность уменьшилась на 0,79, под донником – на 0,78, под кострецом – на 0,63, под люцерной - на 0,6.
Математическая обработка показала, что самая сильная корреляционная зависимость урожайности зелной массы от кислотности почв наблюдается у костреца (r=0.88) и люцерны (r=0,84), средняя – у клевера (r=0.41) и слабая - у донника (r=0,13) (приложение Л). Эта зависимость описывается уравнениями полинома второй степени и отражена на графиках (рисунок 3.8).
Характеристика биологической активности почвы в зависимости от возделываемой культуры
Анализируя затраты труда и издержки производства на единицу площади мы видим, что наибольшими они были на производство зелной массы клевера, по люцерне они ниже на 3,41 ч-час и 2227,12 руб, по кострецу – на 11,45 ч-час и 4626,44 руб, по доннику – на 15,07 ч-час и 5347,53 руб соответственно.
Но, учитывая урожайность, себестоимость 1т зелной массы клевера получена самой низкой. У костреца она выше в 2,5 раза, у донника – в 1,5 раза, у люцерны – в 1,1 раза.
Себестоимость производства гречихи на зерно напрямую зависела от е урожайности. Затраты труда на 1 га отличаются в пределах 10%, на 1 т – в пределах 20%. Соответственно издержки производства на единицу площади – на 3%, на 1 т – на 30%. Самая низкая себестоимость у гречихи - по пласту клевера.
Таким образом, суммируя трудомкость и стоимость производства продукции по двум культурам мы видим, что наибольший чистый доход получен в звене севооборота с клевером (38763,33 руб/га) и люцерной (29637,00 руб/га). Эти же варианты обеспечивают наибольшую рентабельность – 186,60% и 160,17% соответственно.
1. Для воспроизводства плодородия, улучшения агрофизических и агрохимических свойств почвы, увеличения содержания гумуса, в системе земледелия Приморского края необходимо использовать в звене севооборота в качестве фитомелиорантов многолетние бобовые культуры люцерну и клевер, следующей в звене севооборота высевать гречиху. Суданская трава может использоваться в зелном конвейере для производства силоса и сенажа (дат два укоса до 35,9 т/га зелной массы), а гречиха и соя как страховые пожнивные и поукосные культуры.
2. На мелиоративной системе лучше всего сохраняются и дают обильную вегетативную массу люцерна (15,6 т/га) и клевер (19,9/га). Установлено, что из многолетних культур наиболее восприимчив к неблагоприятным условиям в первые годы жизни и формирует наименьшую зелную массу кострец (5,7 т/га).
3. Оптимальным значением влажности почвы для получения максимального урожая зелной массы являются: для суданской травы – 22,5%, для гречихи – 23,5%, для сои – 24%. Выявлена существенная зависимость между этими факторами для гречихи (r=0,7), и средняя для суданской травы и сои (r=0,4). Для формирования максимального урожая зелной массы многолетним культурам необходима влажность почвы на 5 – 6% выше, чем однолетним и это значение находится в пределах 27 – 28%.
4. Среди однолетних культур минимальное значение плотности почвы (1,12-1,18 г/см3) и максимальное количество пор (53,9 – 54,2%) наблюдалось под гречихой. Установлено, что под многолетними культурами наблюдается уплотнение пахотного горизонта и снижение пористости почвы. На 3 год жизни плотность почвы больше всего увеличилась под кострецом (1,4 г/см3). Под клевером она составила 1,37 г/см3, а под люцерной – 1,38 г/см3.
5. Урожайность зелной массы донника меньше всего зависит от кислотности почвы (r=0,13). Выявлена тесная зависимость реакции почвенной среды и урожайности зелной массы костреца (r=0.88) и люцерны (r=0,84). 6. Из однолетних предшественников наибольший урожай зелной массы (26,3 т/га) и семян овса (2,87 т/га) сформировался после гречихи. Из многолетних предшественников урожай надземной биомассы (9,4 т/га) и зерна (1,19 т/га) гречихи был наибольшим по пласту клевера.
7. Установлено, что содержанию азота (76,8 мг/кг), фосфора (72,7 мг/кг) и калия (139,2 мг/кг), а также по кислотности (5,17) наиболее оптимальные условия почвенного плодородия складываются под гречихой. Содержание основных питательных элементов в почве под многолетними культурами увеличивается с продолжительностью их жизни, что особенно выражено у бобовых культур – люцерны и клевера. Под многолетними культурами наблюдается увеличение содержания органического вещества: под донником – на 0,03%, под кострецом -на 0,07%, под люцерной – на 0,20%, под клевером – на 0,26%. Клевер имеет свойство накапливать наибольшее количество органического вещества за счт пожнивных и корневых остатков.
8. Исходя из изменений показателей гумусного состояния и микрофлоры почв, установлено, что наиболее благоприятные условия для повышения плодородия почв складывались на вариантах с посевом многолетних бобовых культур (люцерна, клевер) и гречишных (гречиха). Однако, высокая численность микроорганизмов и высокие коэффициенты минерализации при недостаточном обеспечении их свежим органическим веществом, могут в дальнейшем привести к минерализации гумуса и снижению потенциального плодородия почв.
9. Под люцерной и донником значение КАП приближается к 60, под клевером – 63 баллам. Под однолетними культурами КАП менее - 50 баллов. Поэтому для восстановления плодородия почвы мелиоративных систем в севооборотах целесообразно высевать многолетние бобовые культуры (люцерну и клевер).
1. В кормопроизводстве Приморского края рекомендуется использовать на мелиоративных системах в системе зелного конвейера суданскую траву, люцерну и клевер, обладающих высокой продуктивностью зелной массы.
2. Наиболее благоприятное воздействие на пахотный горизонт оказывает гречиха и многолетние бобовые культуры – люцерна и клевер. В севообороте после многолетних культур необходимо высевать однолетние для последующего улучшения агрофизических свойств и создания оптимальных условий для роста и развития растений.
3. При вводе в оборот малоокультуренных земель с нарушенным плодородием и высокой кислотностью рекомендуется высевать донник как культуру – «первопроходец».
4. Для предотвращения минерализации гумуса и повышения потенциального плодородия почв в хозяйствах Приморского края необходимо планировать комплекс мероприятий по обеспечению почв свежим органическим веществом.
