Содержание к диссертации
Введение
1 Деградация почвенного покрова и приемы повышения плодородия почвы (обзор литературы)
1.1 Деградация почвенного покрова при различных системах земледелия
1.2 Основные приемы предотвращения деградации почв 14
1.3 Средообразующая роль культурных растений 19
1.4 Влияние осадков сточных вод на плодородие почвы 22
1.5 Осадки сточных вод и урожайность полевых культур 26
1.6 Экологические особенности реутилизации осадков сточных вод 29
2 Условия, схема и методика проведения экспериментов 33
2.1 Почвы опытного участка 33
2.2 Климат района проведения опыта 34
2.3 Погодные условия в годы исследований 35
2.4 Методика проведения опыта 40
2.5 Схема опыта
3 Содержание пожнивно-корневых остатков 43
4 Изменение агрофизических свойств почвы под влиянием многолетних трав в сочетании с осадками сточных вод
4.1 Изменение плотности почвы 48
4.2 Изменение пористости почвы под действием осадков сточных вод
5 Изменение агрохимических свойств почвы под совместным действием трав и биоудобрений
5.1 Изменение питательного режима в посевах люцерны синей 72
5.2 Изменение питательного режима в посевах костреца безостого 76
5.3 Влияние многолетних трав на сумму обменных оснований
6 Влияние многолетних трав и биоудобрений на засоренность и запасы влаги в почве в посевах яровой пшеницы
6.1 Засоренность посевов яровой пшеницы 86
6.2 Водный режим яровой пшеницы 88
7 Урожайность многолетних трав и яровой пшеницы 93
7.1 Влияние осадков сточных вод на урожайность люцерны 93
7.2 Влияние осадков сточных вод на урожайность костреца безостого
7.3 Влияние многолетних трав и осадков сточных вод на урожайность яровой пшеницы
7.4 Расчет степени средообразования многолетних трав
8 Содержание тяжелых металлов в почве и зеленой массе 111
9 Биоэнергетическая и экономическая оценка использования осадков сточных вод под многолетние травы и яровую пшеницу
Заключение 122
Рекомендации производству 125
Список литературы 126
- Средообразующая роль культурных растений
- Климат района проведения опыта
- Изменение пористости почвы под действием осадков сточных вод
- Водный режим яровой пшеницы
Введение к работе
Актуальность темы исследований. В России из 196 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе 130 млн. га деградированных. Ежегодно в России деградируют 1,5 – 2,0 млн га земель что при водит к потерям до 3,9 млн. т сельскохозяйственной продукции в зерновом эквиваленте. Из деградированных земель 56 млн. га с низким содержанием гумуса. За последние 100 лет содержание гумуса снизилось до 40%. Ежегодная убыль гумуса в среднем составляет 0,62 т/га. В Саратовской области в настоящее время 46 % пахотных земель имеют низкое и очень низкое содержание гумуса. В области ежегодно теряется гумуса до 0,03%. За последние 30 лет содержание гумуса в почвах области уменьшилось на 0,5%. Повсеместно наблюдается отрицательный баланс содержания питательных веществ в почве. Общий дефицит питательных веществ по области составляет 138 кг/га в том числе азота 48, фосфора 21 и калия 69 кг/га. Выходом из создавшегося положения представляется биологизация систем земледелия, т. е. широкое применение фито- и биоресурсов для сохранения плодородия почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, особенно яровой пшеницы. Важным элементом здесь считается широкое использование многолетних трав в сочетании с местными ресурсами. К последним следует отнести различные органические удобрения, отходы производства, осадки сточных вод и т. д.
В России ежегодно образуется около 65 млн т твердых осадков сточных вод (ОСВ) в пересчете на сухое вещество (Лотош В.Е., 2002), в том числе в Саратовской области – 9,2 млн т , реутилизация которых представляет важную проблему экологии.
Степень разработанности темы. Вопросы применения многолетних трав для повышения плодородия почвы, урожайности сельскохозяйственных культур и устойчивости агроландшафта отражены в трудах В.Р. Вильямса (1952), П.К. Иванова (1956), Ф.И. Филатова (1974), А.Н. Каштанова (2008), А.А. Жученко (1990), А.И. Шабаева (2004) и др. Большое значение в повышении плодородия почвы при этом уделяется посевам многолетних трав в сочетании с различными дозами биоудобрений, в том числе и осадками сточных вод.
Использованию осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрений посвящены работы В.А.Пилюгина (2003), К.Е.Денисова (2004), Д.А.Уполовникова (2013), А.П. Со-лодовникова (2014) и др.
Цель работы состояла в теоретическом обосновании и разработке приемов экспериментального использования многолетних трав в сочетании с осадками сточных вод для повышения плодородия чернозема южного и урожайности зерна яровой пшеницы.
Задачи исследований:
– изучить степень накопления в почве органического вещества, биологического азота, фосфора и калия с пожнивно-корневыми остатками многолетних трав в сочетании с использованием осадков сточных вод (ОСВ);
– определить изменение агрофизических свойств чернозёма южного под влиянием многолетних трав и применения ОСВ;
– выявить влияние многолетних трав и применение осадков сточных вод на изменение гумуса в чернозёме южном при трехлетнем их использовании;
– изучить изменение агрохимических свойств чернозёма южного под действием многолетних трав и осадков сточных вод на протяжении трехлетнего периода;
– установить влияние люцерны синей и костреца безостого на засорённость посевов яровой пшеницы;
определить продуктивность многолетних трав в течение трех лет использования при уборке на зеленую массу;
показать возможность получения стабильной урожайности яровой пшеницы, посеянную после многолетних трав, в сухих условиях Поволжья;
выявить степень накопления тяжелых металлов и их динамику в течение трех лет при использовании осадков сточных вод под многолетние травы;
провести параметрический анализ зависимости урожайности яровой пшеницы от факторов жизни растений и показать различие влияния на них люцерны синей и костреца безостого при применении осадков сточных вод;
рассчитать биоэнергетическую и экономическую эффективность использования многолетних трав в качестве предшественников в сочетании с осадками сточных вод при возделывании яровой пшеницы.
Научная новизна исследований. Определено влияние на поступление в почву органического вещества и элементов питания с пожнивно-корневыми остатками трав и их воздействие на динамику содержания гумуса и питательных веществ в почве за трехлетний период использования. Отмечено уменьшение плотности и повышение общей пористости под действием трав и осадков сточных вод. Выявлено, что после люцерны нитратного азота и доступного фосфора в почве было больше, чем после костреца безостого. Установлено воздействие трав на засорённость посевов яровой пшеницы. Показана высокая способность костреца безостого подавлять сорняки в посевах. Отмечено увеличение урожайности зеленой массы люцерны под действием осадков сточных вод на 15,6-34,4 %, а костреца безостого - на 13,8-51,2 %. Урожайность яровой пшеницы под действием совместного применения трав и ОСВ возрастала после люцерны на 10,6-15,5 %, а после костреца безостого - на 17,8-62,3 %. Доказано, что для улучшения агрохимических свойств почвы под кострецом безостым необходимо вносить под его посев осадки сточных вод дозой до 50 т/га. Наибольшая урожайность яровой пшеницы получена после люцерны синей при использовании малой и средней норм осадков сточных вод (12,5 и 25,0 т/га), а после костреца - при внесении средних и высоких норм (25,0 и 50,0 т/га). Рассчитаны энергетическая и экономическая эффективность использования многолетних трав как кормовых культур и предшественников при возделывании яровой пшеницы.
Практическая значимость заключается в конкретных рекомендациях по использованию осадков сточных вод под посев многолетних трав. Для получения высоких урожаев зеленой массы люцерны необходимо вносить под ее посев 12,5-25,0 т/га ОСВ. Для формирования урожайности зеленой массы костреца безостого 15-18 т/га требуется под его посев применять 25,0, а в некоторых случаях 50,0 т/га осадков сточных вод. Урожайность зерна яровой пшеницы, посеянной после люцерны синей и костреца безостого с внесением осадков сточных вод, составляет 3,0-3,5 т/га.
Методология и методы исследований базируются на результатах современных исследований практической мелиорации и частных методиках проведения экспериментов. В работе использованы системный подход, методы анализа и синтеза, индукции и дедукции, обобщения. Расчёты и обработка результатов выполнены методом математической статистики, дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов с применением пакетов прикладных программ Statistika 7.0 и Miсrosoft Excel.
Положения выносимые на защиту:
результаты влияния многолетних трав в сочетании с внесением осадков сточных вод на изменение агрофизических и агрохимических свойств чернозёма южного;
динамика гумуса, питательных веществ, содержание запасов влаги в почве, засорённости посевов под влиянием многолетних трав в сочетании с ОСВ;
экологическая безопасность использования осадков сточных вод в качестве удобрений под многолетние травы;
особенности формирования урожайности многолетних трав как кормовых культур и яровой пшеницы под влиянием изучаемых агроприемов;
энергетическая и экономическая эффективность использования многолетних трав с внесением осадков сточных вод при воспроизводстве плодородия южных черноземов и формировании продуктивности многолетних трав и яровой пшеницы.
Объектами исследований являлись люцерна синяя, кострец безостый, яровая пшеница, почва – чернозём южный, осадки сточных вод.
Предмет исследований – процесс изменения плодородия чернозёма южного и особенности формирования урожайности яровой пшеницы под влиянием осадков сточных вод.
Достоверность полученных результатов подтверждена многолетним периодом исследований, корректностью используемых методик, необходимым объемом проведённых анализов, замеров, наблюдений, обработкой экспериментального материала математическими методами дисперсионного, регрессионного, корреляционного и вариационного анализов, апробацией результатов исследований.
Апробация результатов научных исследований. Результаты исследований были доложены на внутривузовских, всероссийских и международных научно-практических конференциях (г. Саратов, 2014, 2015, 2016). Результаты внедрены в ООО «Эвелина» Саратовского района Саратовской области на площади 115 га.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения и предложений производству. Работа изложена на 146 страницах компьютерного текста, содержит 71 таблицу и 83 приложения. Список литературы включает в себя 325 источников, в том числе 24 на иностранных языках.
Средообразующая роль культурных растений
На 70 млн. га пахотных земель наблюдается повышение кислотности, на 56 млн. га – почва обеднена гумусом, на площади более 25 млн. га отмечено низкое содержание доступного фосфора, на 12 млн. га – недостаточное содержание обменного калия (Гордеев А.В., Романенко Г.А., 2008; Иванов А.Л., 2010). На территории более 50 млн. га наблюдаются процессы опустынивания. В Поволжском округе находится 45% этих земель. Опустынивание на 87% площади обусловлено антропогенными факторами и только на 13% - природными явлениями (Косолапов В.М., Трофимов И.А., 2009; Романенко Г.А., 2007; Трофимов И.А., Шамсутдинов З.Ш., Трофимова Л.С., Шамсутдинова Э.З., 2010).
Некоторые авторы указывают, на значительное снижение содержания гумуса в почве (Орлов Д.С., 1990; Решетов Г.Г., Барцев Б.П., 1997; Гаврилов А.М., 1997; Смолин Н.В., 1998; Красницкий В.М.; Ермохин Ю.И., 1999; Денисов Е.П., Агеев Ю.Д., и др., 1999; Филин В.И., Оконов М.М., 2004; Трофимов И.А., 2005; Ушачев И., Югай А., 2008). Черноземами в нашей стране за 40 лет потеряно 0,4 м плодородного слоя (Яковлев А.С., 2008).
Главные причины потери гумуса почвы заключается в его минерализации, в расходовании питательных веществ культурными растениями, в малом пополнении почвы органическим веществом, в интенсивной обработке почвы (Барановская В.А., Азовцев В.И., 1989 Макунина Г.С., 1990; Фирсов В.П., Красуцкий Ю.Г., Мещеряков П.В. , 1993; Сухомлинова Н.Б., 2003; Лебедева Т.Б., 2005). Резкое снижение количества гумуса на пахотных землях нашей страны - это основная проблема в современном земледелии. Основной причиной снижения внесения органических удобрений, является стремительное сокращение поголовья скота. По этой причине - внесение навоза сократилось в 6 раз с 8,2 до 1,3 т/га. Во многих областях оно отсутствует (Казеев К.Ш., Алехин С.Н., Колесников С.И. и др., 1999; Бычкова Л.А., Пулин А.В., 1997; Красницкий В.Н., 2000; Бесланеев С.М., 2003; Новиков А.И., Сакулин А.В., 2005). При существующей системе земледелия наблюдается интенсивная деградация почвенного покрова Поволжья - это доказывают материалы почвенных обследований и результаты многочисленных стационарных опытов. Данные многолетних опытов с внесением удобрений, проведенных на полях Научно- исследовательского института сельского хозяйства Юго-Востока показывают, что за два десятилетия потери гумуса в южном черноземе превышало 0,4 т/га в год. При внесении 6,2-7,3 т/га органического вещества в год отмечен положительный баланс гумуса (Чуб М.П., Медведев И.Ф.,2003).
Техногенное использование пашни без обогащения ее органическим веществом ведет к внушительным потерям гумуса. Исходя из современных научных данных содержание гумуса снижалось за последние двадцатилетие на 20 %,в результате этого, наблюдалось разрушение ценных гуминовых соединений. Внесение органического вещества в дозах 7-8 т/га, способствует поддерживанию количества гумуса на исходном уровне. Внесение минеральных и органических удобрений, запашка пожнивно – корневых послеуборочных остатков, способствовали увеличению гумуса в почве. Кроме того удобрения улучшали структурное состояние почвы (Скуратов Н.С., 2002; Завьялова Н.В., Косолапова А.И., Соснина И.Д., 2004).
По исследованиям многих ученых А.П. Батудаева и А.К. Уланова (2005), потери гумуса при наличии чистого пара в пахотном слое за 12 лет достигала ежегодно 1,63 т/га. При этом в естественной залежи отмечено увеличение его на 13,0 т/га. Добиться положительного значения баланса гумуса возможно при использовании в севооборотах донника или применения за ротацию органических удобрений в дозах 40 т/га. Снижение потенциального плодородия почвы, можно оценить на примере использования типичного чернозема в зернопропашном севообороте в течение 4-х ротаций. Где количество гумуса снизилось на 0,3-0,5 %. Внесение минеральных удобрений не увеличивало содержания гумуса в почве (Лукин Л.Ю., Дубанина Г.В.,1999). На полях отведенных под пар минерализуется до 2 т/га гумуса за вегетацию, под пропашными культурами – до 1,8 т/га; под зерновыми культурами – до 0,6 т/га ежегодно (Жуков А.И., Попов П.Д., 1988; Минеев В.Г., Дебрецкий Б., Мазур Т., 1993).
В современных условиях увеличивается вынос питательных веществ с пахотных земель при возделывании культурных растений, возврат питательных веществ, часто не достаточен для нивелирования дефицита баланса гумуса. Значительное содержание элементов питания в слое 0-0,3м таких как, нитратный азот, доступный фосфор, обменный калий и другие питательные вещества, не всегда могут, использоваться культурными растениями. При внесении низких доз органических веществ возврат в почву элементов питания в нужных количествах отсутствует, происходит снижение плодородия пахотных земель. На территории нашей страны вынос элементов питания с урожаем культурных растений, значительно превышает количество возвращаемых в почву с органическими остатками и удобрениями элементов питания в 17,5 раз (Артемьев В.М., Спиридонова Л.А., 2000). В современных условиях в сельском хозяйстве существует проблема уплотнения пахотного горизонта, в связи, с негативным воздействием почвообрабатывающей техники. Применение, зерноуборочной техники, тракторов, и другой сельскохозяйственной техники, увеличивает распыление слоя 0-0,1м и вследствие чего возникает переуплотнение как пахотного, так и подпахотного горизонта почвы, что существенно снижает почвенное плодородие и урожайность культурных растений. В результате данного процесса возрастают темпы эрозии почв, существенно, снижается общая и капиллярная пористость пахотного горизонта. Увеличение плотности почвы является фактором снижения жизнедеятельности почвенной биоты и приводит к значительным потерям урожая сельскохозяйственных культур -на 20-40 % (Кучеров В.С., 1993; Алев Б.А., 2002, Кененбаев С.Б; Семыкин В.А., 2002).
Климат района проведения опыта
Июль был засушливым и жарким. В июле средняя температура воздуха достигала 22,2 С, что близко к средней многолетней величине. Максимальная температура в дневные часы поднималась до 40,0С. В июле сумма осадков за месяц не превышала 13,9 мм. Это соответствовало 27% от средней многолетней величины. В августе в третьей декаде выпало– 34,3 мм осадков, что составляло 78 % от многолетней нормы. Гидротермический коэффициент за вегетацию яровой пшеницы составил 0,62. В целом, погодные условия 2014 года были благоприятны для формирования урожайности яровой пшеницы. Начало вегетации 2015 года характеризуется как жаркий и влажный период (таблица 4). Сумма осадков в апреле составила 39 мм, что равнялось 134 % от средней многолетней величины.
Температура воздуха в апреле превышала среднюю многолетнюю величину на 1,7С. Высокая температура воздуха и хорошие запасы влаги в почве обеспечили интенсивное появление всходов и хорошее развитие посевов яровой пшеницы. Май 2015 года был средневлажным. Температура мая составила 16,9 С, что на 1,9С выше нормы.
Сумма осадков достигла 59 мм, что равнялось 136 % нормы. Июнь 2015 года отличался влажными и жаркими погодными условиями. Температура воздуха в июне составила 23,8С, что превышало многолетнюю величину на 4,4С. Сумма осадков в июне составила 49 мм или 108 % от нормы. Июль был засушливым и жарким. В июле средняя температура воздуха достигала 21,9С, что близко к средней многолетней величине.
Максимальная температура воздуха поднималась в отдельные дни до 40,0С. Сумма осадков за июль месяц составляло 30,3 мм или всего 59% от нормы. За август месяц выпало всего 5 мм осадков, что составляло 11 % от многолетней нормы.
За каждую декаду августа количество осадков не достигало продуктивного количества (5 мм).Гидротермический коэффициент за вегетацию яровой пшеницы составил 0,87.
В целом, погодные условия 2015 года были не очень благоприятны для формирования урожая яровой пшеницы по температурному режиму. В отдельные дни в мае и июле максимальная температура воздуха достигала 39 -40С. Это отрицательно влияло на нарастание листовой поверхности.
По погодным условиям начало вегетации 2016 года было тёплым и влажным. В апреле выпало всего 45 мм осадков, это составило 155 % от нормы (таблица 5). обеспечили дружное появление всходов яровой пшеницы. В мае средняя температура воздуха равнялась 15,9 С, что, близко к среднемноголетним данным. Большое количество осадков в мае (77 мм) способствовало хорошему кущению и начальному росту яровой пшеницы.
Июнь был сухим и жарким, особенно третья декада месяца. Средняя температура в июне равнялась 20,9С, что на 1,5С выше нормы. Осадков в июне выпало 9 мм, что составляло 20 % от нормы. Июль характеризовался как засушливый и жаркий. Средняя температура воздуха достигала 23,6 С, что выше средней многолетней величины на 2,2 С. В отдельные дни максимальная температура воздуха превышала 40 С. В июле сумма осадков за месяц не превышала 51 мм, или 55% от нормы. Высокая температура в июне и июле отрицательно сказывалась на формирование зерна пшеницы. В августе выпало 8 мм осадков, что составляло 18 % от многолетней нормы. Средняя температура воздуха составила 24,8С что выше нормы на 4,9С. Гидротермический коэффициент за вегетацию яровой пшеницы составил 0,71. В целом, погодные условия 2016 года были не очень благоприятны для формирования урожайности зерна яровой пшеницы.
Для наблюдений и исследований были использованы общие методические указания по проведению полевого опыта (А.А. Роде,1970; Б.А. Доспехов, 1985; Б.Д. Кирюшин, 2004,2005; А.Ф. Дружкин, 2013; В. И. Филин, 2013; Е. В. Аринушкина, 1970).
В процессе исследований велись наблюдения за плотностью почвы – в полевых условиях буром Н.А. Качинского методом режущих колец послойно через 0,1 м до глубины 0,6 м; за наступлением фенологических фаз – глазомерно на смежных участках опыта; за количеством нитратного азота – дисульфофеноловым методом с реактивом Лунге-Грисса; за подвижными формами фосфора – по Мачигину в модификации ЦИНАО ГОСТ 26205-84; за обменным калием – по Масловой; за нитрификационной способностью почвы – по «Методическим указаниям» (М., 1984); за обменными основаниями Са2+ и Мg2+ - согласно МРТУ № 46-15-67; за обменным натрием – по ГОСТ 26950-86; за гумусом – по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО ГОСТ 26213-84; за урожайностью, многолетних трав, яровой пшеницы – методом пробных снопов (0,5 м2) в семикратной повторности.
Для учета количества пожнивно-корневых остатков применяли способ рамочной выемки почвы по Н.З. Станкову (1964). Тяжелые металлы определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Экспериментальные данные обрабатывались методами дисперсионного, корреляционного и регрессионного анализов на компьютере по методике Б.А. Доспехова (1985). Химический состав осадков сточных вод (ОСВ) г. Саратова Химический состав осадков сточных вод (биомелиранта) представлен органическим веществом (21,0 %); зольностью (51,7–64,1 %). Из питательных элементов осадки содержали азота до 4,5 %, из которого 50 % аммиачного, доступного фосфора – 1,4 %, из которого легкоусвояемого – 0,61 %; К2О – 0,7 %; СаО – 15–20; MgO – 10–33%, Р солевой вытяжки - 6,5 В составе осадков Н . сточных вод кроме того присутствовало никеля – 70–270 мг/кг; марганца – 182–364 мг/кг, меди – 303–475 мг/кг; цинка– 343–460 мг/кг; хрома – 300–581 мг/кг; кадмия – 18 мг/кг; ртути – 1,2–1,3 мг/кг. Фитотоксичность осадков сточных вод оценивалась по методике СанПиН 2. 1. 7. 573-96.
Изменение пористости почвы под действием осадков сточных вод
Наблюдалось заметное снижение плотности почвы в подпахотных горизонтах при повышении дозы осадков сточных вод за счет увеличения интенсивности роста корневой системы.
На третий год использования люцерны в слое 0-0,1м на контроле плотность почвы составила 1,27 г/см3.При внесении осадков сточных вод в дозе 12,5 т/га плотность почвы возросла на 1,6 % (таблица 12 и 13).При запашке 25 т/га она возросла по сравнению с контролем на 3,2 %, а 50 т/га – на 7,9 %.
В слое 0,1-0,2 м внесение осадков сточных вод снижало плотность почвы по сравнению с контролем соответственно дозам осадков на 0,8;3,9 и 7,0 %. В слое 0,2-0,3 м снижение плотности почвы по сравнению с контролем от применения осадков сточных вод составило соответственно дозам 2,3;4,5 и 6,8 %.
Изменение плотности почвы под люцерной третьего года использования под действием осадков сточных вод в среднем На фоновом варианте (контроль) под люцерной третьего года использования плотность почвы в пахотном слое 0-0,3м варьировала по годам с коэффициентом вариации 5,9 %.При внесении ОСВ в малых дозах (12,5 т/га) коэффициент вариации уменьшился до 4,4 %. На фоне средних доз (25т/га) плотность изменялась с коэффициентом вариации 1,8 %, а при высоких дозах (50т/га) - с коэффициентом вариации 1,9 %.С возрастом люцерны вариация плотности почвы заметно снижается.
Люцерна, обладает мощной глубокопроникающей корневой системой, способной существенно разрыхлять почву. Разрыхляющее действие корневой системы люцерны без внесения ОСВ отмечено на третий год произрастания растения. На фоновом варианте без применения осадков сточных вод у первогодней люцерны в слое 0-0,3м в среднем за 3 года плотность равнялась 1,27 г/см3. На второгодней люцерне она была несколько выше и составила 1,34 г/см3.А на третий год жизни она снизилась до 1,30 г/см3. Несмотря на внесение осадков сточных вод, эта тенденция наблюдалась в течение всех трех лет. Наименьшая плотность почвы на всех вариантах с осадками сточных вод была в первый и третий годы произрастания люцерны (рисунок 2 и 3). 1,38
Дозы осадков сточных вод,т/га Рис.2-Зависимость плотности почвы под люцерной синей от доз осадков сточных вод (1-первого года ;2-второго года;3-третьего года использования) Внесение ОСВ улучшало пищевой режим почвы под люцерной и усиливало рост надземной массы и корней. Увеличение нормы осадков сточных вод до высоких доз (50 т/га) повышало массу послеуборочных остатков на 22,1-32,8 %. Кроме того, в почву поступало до 10-20 т/га свежего органического вещества. Это усиливало разрыхление почвы, особенно в пахотном горизонте.
В первый год использования люцерны в пахотном слое почвы уже при внесении 12,5 т/га осадков сточных вод плотность почвы уменьшилась с 1,23 до 1,22 г/см3. Люцерна синяя первого года пользования при внесении ОСВ изменяла плотность глубоких слоев 0,3-0,6 м, начиная с внесения средних доз (25 т/га). При использовании в средних и высоких дозах (25-50т/га) плотность почвы уменьшилась на 0,07- 0,08 г/см3.
Под второгодней люцерной отмечено заметное повышение плотности почвы. Внесение осадков сточных вод уменьшало степень уплотнения почвы. При внесении осадков сточных вод интенсивнее разуплотнялась почва под люцерной на третий год использования растения. Под третьегодичной люцерной без применения ОСВ плотность почвы в верхнем горизонте снизилась на 0,04 г/см3. При внесении осадков сточных вод это снижение составило на 0,06-0,13 г/см3. На контроле в почву поступало за 3 года 10,2 т/га послеуборочных остатков. При внесении малых доз осадков сточных вод (12,5т/га) в почве оставалось 13,5 т/га; при средней дозе осадков сточных вод (25т/га) – 13,9 т/га; при высокой норме (50т/га) – 16,6 т/га.
На люцерне второго года пользования повышалось уплотнение, а на третьем году использования растений увеличивалась степень разрыхления почвы. Изменение плотности почвы под кострецом безостым носило другой характер в силу различного строения корневой системы.
Плотность почвы под кострецом безостым. Без применения ОСВ (контроль) снижение плотности почвы под кострецом безостым наблюдалось в пахотном слое почвы, главным образом, на глубине 0-0,1 и 0,1-0,2 м уже в первый год использования посевов.
Без применения ОСВ в пахотном горизонте плотность почвы варьировала по годам с коэффициентом вариации 1,0%. В первый год использования костреца безостого плотность почвы в слое 0-0,3м на фоновом варианте (контроль) составила - 1,22 г/см3, а при применении высоких доз осадков сточных вод (50 т/га) – 1,18 г/см3 (таблица 14 и 15).
Внесение осадков сточных вод заметно уменьшало плотность почвы во все годы опыта. Если в верхних слоях пахотного слоя почвы плотность снижалась на 5,0-8,3%, то в более глубоких слоях наблюдалось снижение плотности на 1,7 %.
В пахотном слое снижение происходило главным образом за счет осадков сточных вод и мочковатой корневой системе костреца безостого. Без внесения удобрений под второгодним кострецом безостым в слое 0-0,1м плотность составила - 1,13 г/см3.
Водный режим яровой пшеницы
При удобрении костреца безостого малыми дозами осадков (12,5 т/га) урожайность возросла на 2,5т/га или 18,1%.
При внесении средних доз осадков (25 т/га) продуктивность биомассы костреца с 1га повысилась на 3,8 т/га или 27,5 %,а при внесении высоких доз (50 т/га) – на 9,0 т/га или 65,2%. На фоновом варианте (контроль) в среднем за 2014-2016 годы исследований урожайность биомассы составила 12,3 т/га (таблица 58). Соответственно малым средним и высоким дозам удобрений продуктивность с 1 га возрастала на 1,7; 3,0; 6,3 т/га или 13,8; 24,4; 51,2%. Внесение осадков сточных вод в высоких дозах (50т/га) под люцерну и кострец безостый в среднем за годы исследований обеспечило прибавку урожайности биомассы люцерны 34,4%,а костреца - 51,2%. Таблица 58 -Урожайность биомассы костреца безостого четвертого года жизни в среднем за 2014- 2016 году, т/га
С осадками сточных вод вносились большие дозы минерального азота. Кроме того люцерна синяя обогащала почву азотом за счет биологической фиксации и пожнивно-корневых остатков. Это способствовало снижению прибавки урожая. Кострец безостый сильнее реагировал на внесение больших доз осадков сточных вод, так как на контроле наблюдался большой дефицит азота.
Исследования по оценке предшественников проводились на стационарном участке, на опытном поле СГАУ им Н.И.Вавилова. Опыты заложены в 2009 году. Поэтому использовались для посевов пшеницы многолетние травы, распаханные в 2013,2014 и 2015 годах. Посевы яровой пшеницы проводились ежегодно в течение 2014-2016гг. После распашки люцерны синей урожайность в среднем за годы исследований на контроле без внесения осадков сточных вод составляла 2,84 т/га (таблица 59). На варианте, где под люцерну вносилось 12,5 т/га осадков сточных вод урожайность возросла на 10,6 %,где применялись 25 т/га – на 13,0%,а на фоне 50 т/га осадков сточных вод на 15,5 %. Таблица 59- Урожайность зерна яровой пшеницы за 2014- 2016 годы исследований после распашки люцерны синей с внесением ОСВ
При распашке костреца безостого на контроле урожайность яровой пшеницы не превышало в среднем за годы исследований 1,91 т/га. Это меньше, чем после люцерны на 32,8 % (таблица 60).Учитывая, что после костреца безостого значительно улучшались водно-физические свойства почвы и практически отсутствовала сорная растительность, такое различие урожайности легко объяснить снижением нитратного азота в почве.
Внесение 12,5 т/га осадков сточных вод увеличило урожайность на 17,8 %, это больше чем после люцерны на 7,2 %.При применении осадков сточных вод в дозе 25 т/га прибавка по сравнению с контролем равнялась 43,9%, что выше, чем после люцерны на 30,9 %.Увеличение доз осадков до 50 т/га увеличивало прибавку зеленой массы костреца безостого до 62,3%.Это больше чем после люцерны почти в 4 раза.
Это можно объяснить наличием большого количества минерального азота в осадках сточных вод. При этом урожайность костреца безостого приближалась по величине к урожайности люцерны синей.
Все факторы жизни растений делятся на три группы. К первой группе относят космические факторы – свет, тепло, солнечная радиация. Ко второй группе факторов относятся атмосферные факторы – углекислый газ, кислород. Эти факторы практически неуправляемы. К третьей группе относят почвенные факторы – азот, фосфора, калий, влага. Большое значение играет содержание гумуса в почве, особенно лабильного органического вещества. Последнее играет большую роль в питании растений. Первые две группы факторов практически не поддаются антропогенному регулированию. Третья группа факторов как почвенные факторы, хорошо регулируются различными агроприёмами. В.И.Вернадский (1978) и В.А.Ковда (1973) подчеркивали роль почвы как аккумулятора органического вещества и связанной с ними энергии, которая способствует устойчивости биосферы.
Органическое вещество - основа всех почвообразовательных процессов В.Р.Вильямс (1949) писал, что весь химизм почвенных процессов есть функция органического вещества. Органическое вещество почвы выступает как важнейшая особенность биологической сущности современной системы земледелия. Оно оказывает влияние на органические, агрофизические и агротехнические факторы плодородия.
Важное значение в формировании урожайности придают к водно-физическим свойствам почвы, главным образом плотности. Каждая культура не только требует определенных условий жизни, но и создает определенные условия для себя и для последующей культуры.
Такое последействие называется средообразующей способностью культурных растений. При изучении фитомелиоративной способности фитомелиорантов важно знать, как влияют они на водно-физические свойства почвы (плотность почвы, общая пористость, пористость аэрации, строение пахотного слоя), агрохимические свойства почвы (содержание азота, фосфора, калия, гумуса), засоренность и т.д.
При изучении фитомелиоративной способности изучаемых многолетних трав нами рассчитан коэффициент средообразования для каждой культуры. По таким показателям как плотность почвы, содержание гумуса и количество накапливаемого азота в почве. На наш взгляд этого достаточно чтобы дать определенную характеристику средообразования изучаемых фитомелиорантов.