Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы .9
1.1 Сравнительная оценка эффективности технологий возделывания зерновых культур в различных почвенно-климатических условиях .10
1.2 Использование технологии точного земледелия: особенности освоения и внедрения 20
1.3 Влияние приемов основной обработки на плодородие различных типов почв и урожайность сельскохозяйственных культур 35
Глава 2. Условия и методика проведения исследований 48
2.1 Места проведения исследований .48
2.2. Почвенно-климатическая характеристика регионов исследований 48
2.3. Методика проведения наблюдений, анализов и учетов, условий закладки и проведения полевых опытов .56
Глава 3. Результаты исследований 66
3.1 Характеристика параметров роста и развития растений озимой и яровой пшеницы при разных технологиях возделывания .66
3.1.1 Ширина стыковых междурядий 66
3.1.2 Густота стояния растений 67
3.1.3 Биометрические показатели растений 72
3.2 Изменение агрофизических показателей плодородия почвы при разных по интенсивности технологиях возделывания зерновых культур .78
3.2.1 Плотность сложения почвы .78
3.2.2 Твердость почвы .84
3.2.3 Влагообеспеченность посевов зерновых культур .85
3.3 Биологические показатели плодородия почвы по различным по интенсивности вариантам полевых опытов 92
3.3.1 Накопление растительных остатков зерновыми культурами 92
3.3.2 Биологическая активность и токсичность почвы .97.
3.4 Структура урожая, урожайность и качество зерна озимой и яровой пшеницы по различным по интенсивности вариантам полевых опытов .100
3.4.1 Структура урожая и биологическая урожайность 100
3.4.2 Хозяйственная урожайность .105
3.4.3 Качество зерна озимой и яровой пшеницы .109
Глава 4. Экономическая и агроэнергетическая оценка эффективности различных по интенсивности технологий возделывания зерновых культур в полевых опытах .112
4.1 Экономическая эффективность технологий .112
4.2 Агроэнергетическая оценка технологий 115
Выводы (заключение) .119
Предложения производству 122
Список использованной литературы
- Использование технологии точного земледелия: особенности освоения и внедрения
- Методика проведения наблюдений, анализов и учетов, условий закладки и проведения полевых опытов
- Изменение агрофизических показателей плодородия почвы при разных по интенсивности технологиях возделывания зерновых культур
- Агроэнергетическая оценка технологий
Использование технологии точного земледелия: особенности освоения и внедрения
Подраздел, в основном, основывается на анализе литературных источников и электронных ресурсов, характеризующих современные технологии возделывания зерновых культур в развивающихся странах, таких как Нигерия.
Севооборот. Слагаемым компонентом каждой технологии является правильный севооборот. Севооборот – это центральное звено современных зональных аэроландшафтных систем земледелия, поскольку он решают основную задачу рациональное использование пашни. Основные особенности севооборота является то, что данная комбинация культур, выращенных в определенной последовательности на одном и том же участке земли, в течение нескольких лет происходит без потери плодородия почв или снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Севооборот способствуем пополнению и лучшему использованию питательных веществ почвы и удобрений, улучшению и поддержанию благоприятных физических свойств, защите почвы от водной и ветровой эрозии, предупреждению распространения сорняков, болезней и вредителей сельскохозяйственных культур. Севооборот также снижает химическое загрязнение почвы, водоемов, других территорий. В результате соблюдения севооборота при одновременном сохранении и повышении плодородия почвы получают высокие урожаи сельскохозяйственных культур, а так же решаются вопросы охраны окружающей среды [41, 73].
Технология обработка почвы. Обработка почвы является одним из важных технологических процессов в сельском хозяйстве. Это происходит, главным образом для того, чтобы сформировать благоприятный верхний слой почвы, смешивать почву с удобрениями и органическими остатками, способствовать борьбе с сорняками, создавать подходящие условия для прорастания семян и роста растений [184]. Согласно Sims J.T. et al. [189], цель обработки почвы – сформировать ее оптимальную структуру, строение и сложение. Обработка почвы имеет решающее значение для создания благоприятных факторов для роста и развития сельскохозяйственных культур [36, 30, 149]. Правильно обработанная почва защищает ее от водной эрозии и дефляции, формирует ложе для посева семян и посадки, разуплотняет почву, способствует поддержанию или даже увеличить органического вещества [8, 204].
Системы обработки почвы зависит от особенностей поля или конкретного участка, типа почвы, климатических условий [156, 176, 180]. Различные способы обработки почвы по-разному влияют на рост, развитие и урожайность культур в зависимости от складывающихся условий [17, 125].
Агротехнические требования к посеву. В общем комплексе технологических операций при выращивании сельскохозяйственных культур посев или посадка играет важную роль. Для нормального роста и развития растений почва должна быть хорошо подготовлена, при этом на поле не должно быть посторонних предметов и отсутствовать сорняки [139].
Густота стояния растений зависит от количества жизнеспособных семян, глубины посадки, запасов питательных веществ, влаги и способа посева. Для хорошего прорастания семян должны выполнятся соответствующие стандартные требования к посеву, такие, как процент всхожести, чистоте семян, отсутствие посторонних примесей [167].
Семена перед посевом должна быть обработаны протравителями совместно с фунгицидами и пестицидами. Норма высева и глубина посева зависит от качества семян, состояния почвы и климатических условий, зональные рекомендаций. Для того чтобы обеспечить всходы достаточным количеством света, питательных веществ, влагой семена должны быть распределены равномерно на определенную глубину [11, 39, 53].
Наиболее распространенными из представленных способов посева в настоящей работе и используемых в Африканских странах являются. Рядовой способ посева. Изготавливаются борозды заданных размеров, куда семена попадают на определенную глубину и расстоянием между ними, далее их засыпают почвой и уплотняют [70, 161]. При посеве семян возможно внесение удобрений, а также регулировка расстояния между ними в соответствии с требованиями. Из-за однородности посева и расстояний, всходы и густота стояния растений на желаемом уровне [97, 169, 185].
Разбросной способ посева, рассеивания или распространения семян на почву, которые могут или не могут быть заделанными в почву. Среди культур, использующих этот способ пшеницы и просо [162]. При этом методе семена разбрасываются равномерно по поверхности почвы, затем она боронуется или /культивируется для закрытия семян. Однако семена не распределяются равномерно по площади поля, и глубина заделки посева не контролируется должным образом. Поэтому, всхожесть семян не является равномерной, что приводит к нежелательным результатам. Этот способ, по-прежнему, очень распространен среди фермеров африканских стран [173]. К его недостаткам можно отнести несоответствие глубины посева семян и времени появления всходов, нет единых стандартов, потенциал урожайности культур урожайности невелик, увеличивается возможность травмирования семян и их более высокая стоимость. Однако, это быстрый способ посева и приемлемый вариант, когда ненастная погода задерживает сроки, выходя за оптимальные сроки [159].
Пунктирный способов посева – при этом способе семена помешаются в один ряд на одинаковом расстоянии друг от друга. Пунктирный посев повышает урожайность сельскохозяйственных культур значительно сокращает или снижает затраты на дополнительный уход за растениями, обеспечивает хороший контакт семян с почвой, способствует быстрому их прорастанию, приводит к более равномерному распределению по полю, уменьшает травмирование и увеличивает урожайность [9, 39, 53].
Методика проведения наблюдений, анализов и учетов, условий закладки и проведения полевых опытов
Поздняя осень 2011 г. и зима 2011-2012 гг. характеризовались редким сочетанием температурного режима приземного слоя воздуха и атмосферных осадков, и несмотря на некоторые его особенности, в целом обуславливали сезон для зимующих с.-х. растений как благоприятный.
За период активной вегетации в 2012 году выпало 233,2 мм, причем на первые полтора месяца всего лишь 45,4 мм, что обусловило замедление роста и развития яровых культур, прежде всего, ячменя и вики с овсом (Таблица 3.1). Для появления всходов картофеля недоставало температуры почвы в глубь лежащих горизонтах, поэтому период от посадки культуры до появления всходов растянулся до четырех недель. С середины июня и до конца вегетации зерновых культур выпадали дожди, которые в некоторой степени уменьшили негативное влияние засухи. Температура воздуха к середине вегетации вышла на среднемноголетний уровень.
Зима 2012-2013 гг. характеризовались редким сочетанием температурного режима приземного слоя воздуха и атмосферных осадков, и несмотря на некоторые его особенности, в целом обуславливали сезон для зимующих с.-х. растений как благоприятный. Зима оказалась достаточно затяжной, весна поздней. Сход снежного покрова происходил в середине апреля. Поля полностью освободились от снега ближе к 20.04. Позднее снеготаяние, медленное нарастание температуры, неравномерное поспевание почвы обусловило начало полевых работ с опозданием порядка двух недель.
Начало сева яровых культур датируется 14 маем, когда почва приобрела соответствующую спелость. Температурный фон в первые два месяца превышал среднемноголетнюю норму, затем к концу июля и августа стабилизировался на близком к средним значениям уровне.
За период активной вегетации в 2012 году выпало 353.1 мм против среднего значения 285 мм, причем превышение над среднемноголетними показателями происходило по всем месяцам, за исключением июня. Такое распределение осадков осложнило уборку зерновых культур . отодвинув ее срок на несколько дней относительно традиционных дат. Несмотря на некоторые отклонения от среднемноголетнего термо-влажностного режима в сторону излишнего количества осадков и преобладания умеренных температур, метеоусловия периода вегетации положительно сказались на росте, развитие культур и формировании достаточно высокого урожая.
Осень 2013 г. и зима 2013-2014 гг. характеризовались неблагоприятными условиями для посевов озимых. В сентябре 2013 года выпала тройная норма осадков в виде сильных дождей, что привело к смыву поверхностного слоя почвы и замыванию рядков посевов озимой пшеницы. Зима была малоснежной, в середине зимы посевы не были укрыты снегом вовсе. Также при отрицательных температурах в марте на полях не было снега. В начале апреля на промерзшую почву выпало небольшое количество снега, который, растаяв, практически не пополнил запас почвенной влаги, т.к. фильтрация талой воды в почву была невозможна из-за промерзания. Поля полностью освободились от снега к середине апреля 2013 г. Малый запас влаги в почве и быстрое ее иссушение обусловило раннее начало полевых работ на полях ЦТЗ (в среднем на 10-15 дней раньше, чем в обычных условиях). Сев яровых культур в 2014 г проведен 21-22 апреля, первая ранневесенняя подкормка озимой пшеницы проведена 24 апреля.
Температурный фон в первый месяц вегетации превышал среднемноголетнюю норму, в июне был примерно равен средним значениям, а в июле и августе был значительно выше среднемноголетних значений при явном недостатке осадков. За период активной вегетации в 2014 году выпало 213,9 мм против среднемноголетнего значения 285 мм, причем превышение над среднемноголетними показателями происходило только в июне. Недостаток осадков сказался на развитии посевов и урожайности. И несмотря на ранний посев, уборка зерновых культур проходила в традиционные сроки. В связи с явными отклонениями от среднемноголетнего термо-влажностного режима в сторону недостаточного количества осадков и преобладания повышенных температур, метеоусловия периода вегетации оказали негативное влияние развитие культур и формирование урожая.
Одним из важнейших показателей, характеризующих складывающиеся метеоусловия и определяющих рост, развитие с.-х. культур формирование ими соответствующей урожайности является гидротермический коэффициент (ГТК). В период проведения исследований в условиях ЦР НЧЗ России, в т.ч. и на территории ЦТЗ, величина ГТК имела следующие значения: 2011 г. – 0,9; 2012 г. – 1,4; 2013 г. – 1.9; 2014 г. – 0,9. Среднедекадная температура воздуха и количество осадков периода проведения исследований в сравнении со среднемноголетними данными представлены в таблице 2.
Изменение агрофизических показателей плодородия почвы при разных по интенсивности технологиях возделывания зерновых культур
В настоящее время обработка почвы рассматривается, прежде всего, с точки зрения регулирования плотности. При сопоставлении величин равновесной и оптимальной для культур плотности почвы определяется потребность в той или иной механической обработке. Уменьшение интенсивности рыхления до полного отказа от него возможно лишь на почвах, равновесная плотность которых близка или равна оптимальной. Интенсивность механической обработки должна возрастать с увеличением разности между равновесной и оптимальной плотностью почвы [1]
В исследованиях в рамках ЦТЗ по изучению интенсивных технологий точного земледелия плотность почвы менялась по вариантам опыта и отдельным годам. Плотность почвы в 2011-12 гг. больше зависела от приемов обработки почвы, чем от технологии возделывания и последействия подкормок в период вегетации озимой пшеницы (приложение 6). Более уплотненной почва находилась после нулевой обработки, особенно в нижней ее части. При осеннем послепосевном определении плотности почвы ее средняя для слоя 0-30 см разница между обработками составляла 0,05-0.08 г/см3, увеличиваясь сверху вниз по профилю. В слое 20-30 см различия достигали 0,07-0,09 г/см3. Весной 2012 г. абсолютное значение плотности возрастало за счет осеннее – зимнего самоуплотнения. При этом различия между обработками в слое 0-30 см и по отдельным десятисантиметровым прослойкам сократились до 0,03-0,05 г/см3. В фазу молочной спелости зерна озимой пшеницы происходило незначительной нарастание плотности с некоторой стабилизацией межвариантной разницы. По обработке она составляла в среднем 0,02-0,03 г/см3, также сокращаясь в нижележащих горизонтах до такой же величины.
В 2013 г. отмечалась несколько меньшее уплотнение почвы в сравнении с предыдущим сельскохозяйственным годом (приложение 7). Плотность почвы под озимой пшеницей в течение вегетации 2013 г. первоначально изменялась незначительно, увеличиваясь от первого срока определения ко второму на 0,01-0,03 г/см3, что объясняется небольшим сроком между двумя датами ее определения (30.04 и 13.05). К фазе молочной спелости зерна озимой пшеницы (5.07) отмечалось увеличение плотности против предыдущих сроков определения в среднем на 0,12-0,13 г/см3.
По-прежнему, по нулевой обработке почва более уплотнена в сравнении со вспашкой. Эта разница составляла порядка 0,04-0,05 весной и она сокращалась до 0,03-0,04 г/см3 к началу июля.
По отдельным слоям почвы наблюдалось нарастание плотности по необработанной почве по профилю сверху вниз в среднем на 0,03-0,05 г/см3.
Первоначально разницы в плотности почвы между вариантами с подкормками озимой пшеницы не наблюдалось, но затем к середине вегетации на варианте с двумя подкормками происходило уменьшение величины плотности относительно варианта с одной на 0,01-0,02 г/см3 в силу разуплотняющего воздействия более мощных корней культуры.
В 2014 году отмечалась наименьшая по абсолютной величине плотность почвы за 3 года исследований (приложение 8). Это связано разуплотняющим воздействием обильно выпавших осадков осенью предыдущего года и практическим отсутствием деформации почвы весной.
В фазу весеннего кущения относительно низкими значениями плотности почвы отличались варианты традиционного земледелия со вспашкой на делянках, где в предыдущие годы вносились две подкормки, что, возможно появилось в последействии снижения плотности почвы там, где постоянно формировалась максимальная масса культур севооборота, а в сравнении с однократными подкормками. Различия между технологиями, как и в 2013 г. составляло 0,01-0,03 г/см3, с уменьшением величины по традиционной против точной. Наиболее ощутима разница между обработками, на момент весеннего кущения озимой пшеницы она составляла в слое 0-30 см 0,05-0,06 г/см3, при этом наблюдалось увеличение плотности вниз по почвенному профилю как и в предыдущие годы. К фазе колошения и молочной спелости зерна культуры плотность почвы нарастала по всем вариантам, имея те же закономерные различия, которые были отмечены весной. К моменту созревания зерна плотность почвы по вспашке составляла 1.29-1,32, по нулевому фону 1,37-1.40 г/см3.
Средние послойные значения плотности почвы по фазам развития озимой пшеницы в период исследований свидетельствовали о том, что плотность больше зависела от приемов обработки почвы, чем от технологии возделывания и последействия подкормок в период вегетации озимой пшеницы (таблица 18). Наиболее уплотненной почва оказалась на нулевой обработке при однократной подкормке. Отвальная обработка приводила к снижению плотности против нулевой на 0,03-0,05 г/см3. На варианте с двумя подкормками плотность почвы уменьшалась в среднем на 0,01-0,02 г/см3.
Агроэнергетическая оценка технологий
Оценить экономическую эффективность применения приема выращивания культуры можно путем сопоставления изменения себестоимости выращивания культуры и ее урожайности.
Показатель Нулевая (без обработки) Отвальнаяобработкапочвы Абсолютноеотклонение,т/га Темп роста, % (гр. 2/3)х100 Урожайность без подкормки, т/га 4,79 4, 28 0,51 111,9 Урожайность при подкормке N70 + N70, т/га 5,24 4,71 0,53 111,2 Из таблицы 32 видно, что нулевая обработка почвы обеспечивала прибавку урожайности (0,51 т/га), причем совмещение обработки с подкормкой приводит к незначительному усилению эффекта от нулевой обработки. В этом случае прибавка составляет 0,53 т/га. Соответственно распределялись темпы роста в повышении урожайности озимой пшеницы.
В таблице 34 приведены расчеты экономической эффективности возделывания озимой пшеницы в опыте ЦТЗ по отдельным вариантам. При сравнении двух технологий и стольких же обработок почвы отмечено несколько большие экономические показатели прибыли и уровня рентабельности по точной технологии, по величине себестоимости зерна обнаруживается обратная картина в силу снижения затрат.
Более наглядными различия представляются при сравнении отвальной и нулевой обработок, когда на прямом посеве с меньшими затратами и меньшей себестоимости продукции зафиксированы более высокая прибыль на 4950 руб. в случае точной и на 5020 – традиционной технологии. Уровень рентабельности соответственно разнился на 92,9 и 88,8%. Таким образом, наиболее экономически эффективным вариантом представляется нулевая обработка. Эффективность применения подкормок в посевах озимой пшеницы вполне очевидна, особенно в случае дифференцированного внесения аммиачной селитры по точной технологии. Различия между технологиями составляют в пользу точной на отвальной обработке по урожайности – 0,15 т/га, снижении себестоимости на 159 руб., увеличении прибыли на 1075 руб. и уровня рентабельности около 10%. На прямом посеве данные имели соответственно следующие величины: 0,17, 115, 1105 и 14,8%. Нулевая обработка опережала отвальную при точном земледелии в росте урожайности озимой пшеницы на 0,53 т/га, увеличении прибыли на 5100 руб., превышении уровня рентабельности на 52,3%, снижении себестоимости на 736 руб.
В республики Нигерия выращивание яровой пшеницы в условиях орошения в вариантах без удобрений оказалось убыточным, а при при средних дозах экономически выгодным (таблица 35).
Экономическая эффективность способов внесения и доз птичьего помета (т/га) при возделывании яровой пшеницы (штат Баучи, республика Нигерия), 2013-2014 гг. Показатель Отвальная обработка Нулевая обработка контроль,без удобрений 5 т/га 10 т/га контроль, без удобрений 5 т/га 10 т/га Урожайность, т/га 1,45 3.17 3,88 1,56 3.37 4,05 Затраты на 1 га, тыс.руб. 10,88 11,69 12,51 8,36 8,92 9,61 Себестоимость зерна, руб./т 7500 3688 3223 5425 2648 2372 Прибыль (чистый доход) на 1 га - 4, 16 6,89 - 7,93 10,64 Уровень рентабельности, % - 35,6 55,1 - 88,8 110,8 С возрастанием доз внесения птичьего помета экономические показатели улучшались: произошло увеличение прибыли и уровня рентабельности, снижение себестоимости. Максимальные показатели зафиксированы при 10 т/га органических удобрений. Из изучаемых систем обработки наиболее эффективным оказался прямой посев (нулевая обработка) в сравнении с отвальной, по нулевой прибыль возрастала на 3748 руб., а уровень рентабельности на 65,8%.
В наших исследованиях, проведенных на опытном поле ЦТЗ, в дополнение к экономической оценки эффективности технологий, обработок почвы и применения подкормок озимой пшеницы проведен расчет агроэнергетической эффективности. При указанной здесь урожайности наиболее высокие показатели накопленной и приращенной в урожае энергии отмечалось при нулевой обработке по обеим технологиям (таблица 36).
Максимальные величины затраченной энергии на выращивание озимой пшеницы получены по вспашке с двумя подкормками в период вегетации по обеим технологиям. Энергоемкость 1 т зерна имела обратную зависимость: с увеличением накопленной энергии в урожае, этот показатель снижался. Минимальной она оказалась на нулевой обработке независимо от технологии возделывания. Наблюдается незначительные различия при сравнении вариантов с применением подкормок и без таковых, порядка 0,05-0,1, что говорит о недостаточной прибавке урожая озимой пшеницы на вариантах с обработками, поскольку она не окупает энергетические затраты на внесение аммиачной селитры. Сравнение двух обработок свидетельствует о преимуществе нулевой и разница составляет 20-25 %.При оценке технологий возделывания озимой пшеницы отмечался приоритет точной.
В полевом опыте республики Нигерия так же с увеличением продуктивности яровой пшеницы по отдельным вариантам приемов обработки почвы и внесения птичьего помета отмечался рост накопленной энергии в урожае. Наиболее высоких показателей у прямого посева с внесением 10,0 т/га органического удобрения, минимальным он был по вспашке на контрольном варианте. Соответственно изменялись энергетические затраты, принимая минимальное значение по нулевой обработке без внесения помета и достигая максимальной величины на вспашке с наибольшей дозой удобрения (таблица 37).