Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Научные основы регулирующего воздействия элементов системы земледелия на сорный компонент агрофитоценоза (обзор литературы) 6
1.1. Вредоносность сорных растений 6
1.2. Влияние разных систем обработки почвы на сорный компонент агрофитоценоза 13
1.3. Действие удобрений на численность и видовой состав сорного компонента агрофитоценоза 25
1.4. Эффективность регулирующего воздействия гербицидов на сорные растения в посевах сельскохозяйственных культур 36
1.5. Особенности аллелопатических взаимоотношений компонентов агрофитоценоза 41
Глава II. Цель, задачи, условия и методика проведения исследований 50
2.1. Цель и задачи исследований 50
2.2. Схемы опытов, почвенные условия и методики проведения исследований 51
2.3. Климатические условия проведения исследований 62
Глава III. Действие разных систем обработки почвы, удобрений и гербицидов на сорный компонент агрофитоценоза 67
3.1. Изменение засоренности посевов 67
3.2. Динамика видового состава сорных растений 74
3.3. Потенциальные запасы семян сорняков в почве 85
3.4. Засоренность почвы органами вегетативного размножения многолетних сорняков 92
3.5. Содержание элементов питания в растительных остатках культурных и сорных растений 98
3.6. Аллелопатические взаимоотношения компонентов агрофитоценоза 104
3.7. Засоренность навоза семенами сорняков 108
Глава IV. Энергетическая оценка разных систем обработки почвы, удобрений и гербицидов 110
4.1. Энергетическая оценка разных по интенсивности систем обработки почвы 110
4.2. Оценка энергетической эффективности применения удобрении 111
4.3. Энергетическая эффективность применения гербицидов 116
4.4. Энергосодержание растительных остатков компонентов агро фитоценоза 119
Глава V. Эколого-токсикологическая оценка применения гербицидов 121
Глава VI. Действие разных систем обработки почвы, удобрений и гербицидов на урожайность сельскохозяйственных культур 123
Выводы 130
Предложения производству 133
Список использованной литературы 134
- Влияние разных систем обработки почвы на сорный компонент агрофитоценоза
- Схемы опытов, почвенные условия и методики проведения исследований
- Засоренность почвы органами вегетативного размножения многолетних сорняков
- Оценка энергетической эффективности применения удобрении
Введение к работе
Одной из важнейших задач современного адаптивно-ландшафтного земледелия является разработка и обоснование экологически сбалансированных, ресурсосберегающих систем защиты сельскохозяйственных культур от негативного влияния сорных растений.
Популяции сорных растений практически повсеместно присутствуют в структуре агроценозов, образуя в совокупности сорный компонент со специфическим для каждого поля видовым составом и численностью отдельных видов сорняков, а также потенциальным запасом в почве их семян и органов вегетативного размножения. Сформировавшиеся в процессе многовековой истории земледелия, современные популяции сорных растений приобрели комплекс свойств, позволяющих им противостоять интенсивному антропогенному воздействию.
При совместном произрастании в агрофитоценозах культурные и сорные растения конкурируют за условия внешней среды, что приводит к заметному снижению урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшению качества продукции.
В последние десятилетия основные усилия в разработке мер борьбы с сорными растениями были направлены на совершенствование химического метода. Огромные материально-технические затраты на научно-исследовательские работы в области поиска и синтеза новых гербицидов не сняли остроты проблемы. Кроме того, на заметно обострившуюся экологическую ситуацию в сельском хозяйстве гербициды влияют весьма негативно, особенно при нарушении технологии и регламентов их применения [54, 64, 93].
В связи с усилением экологической направленности современных сис-іем_3-Ємледелия,-б^альшой-ири^одоох^анньій-резервзаложетгт^хотаершёТЭствб^ вании техники и технологии механической обработки почвы в сочетании с рациональным применением средств химизации с целью повышения эффективности регулирующего воздействия на сорные растения.
Необходимость разработки научных и практических основ регулирования сорного компонента агрофитоценоза вызвана, с одной стороны, недостаточной эффективностью защитных мероприятий, не в полной мере учитывающих изменение эколого-ценотических условий развития агрофитоценозов при совершенствовании механической обработки почвы, специализации севооборотов и систематическом применении гербицидов, с другой стороны, определенной положительной ролью сорных растений в формировании и развитии эколого-энергетических взаимоотношений в агрофитоценозах.
Совершенствование в этом направлении традиционных и разработка новых приемов и систем регулирования сорного компонента полевых агрофитоценозов в земледелии Центрального района Нечерноземной зоны - научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение.
Цель наших исследований заключалась в изучении агроэкологических особенностей влияния разных по интенсивности и характеру воздействия на почву систем обработки, удобрений и гербицидов на сорный компонент агрофитоценоза и урожайность сельскохозяйственных культур в севооборотах различной специализации.
Работа выполнена на кафедре земледелия и методики опытного дела Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору А.В.Захаренко, доктору сельскохозяйственных наук, доценту Н.С.Матюку, старшему научному сотруднику В.Н.Маймусову, коллективу кафедры земледелия и методики опытного дела и лаборатории земледелия, аспирантам кафедры за большую помощь, оказанную при проведении научных исследований и подготовке диссертации.
Влияние разных систем обработки почвы на сорный компонент агрофитоценоза
В условиях приоритетного развития агроландшафтного земледелия особое значение придают механической обработке почвы как важнейшему звену системы агротехнических мероприятий. Под системой обработки понимают совокупность научно обоснованных приемов основной, предпосевной и послепосевной обработки почвы, последовательно выполняемых при возделывании культуры или в паровом поле.
В системе механической обработки почвы эффективное регулирующее воздействие на сорный компонент агрофитоценоза оказывает лущение в сочетании с зяблевой вспашкой плугом с предплужниками. Лущение проводят на полях, после уборки зерновых культур, многолетних трав, технических культур сплошного способа посева, а при высоком уровне засоренности многолетними сорняками - на полях после пропашных и кормовых культур. Запаздывание с проведением лущения может привести к увеличению запаса семян сорняков, продолжающих вегетацию. При позднем лущении осыпавшиеся семена сорняков плохо прорастают из-за недостатка эффективных температур и меньшее количество их всходов уничтожается последующей вспашкой [10, 42, 57, 78, 120].
Глубина и кратность лущения в значительной мере определяются уровнем увлажнения. В засушливых условиях при преобладании в структуре агрофитоценоза малолетних сорняков лущение стерни проводится лемешными лущильниками на глубину 8-10 см в сочетании с прикатыванием. При этом создаются наиболее благоприятные условия увлажнения для прорастания семян сорняков и их дальнейшего уничтожения.
Следовательно, лучшие сроки проведения лущения - через 3-5 дней после уборки полевых культур, а на полях после зерновых культур - одновременно с их уборкой. При достаточном увлажнении почвы лущение проводится на глубину 6-7 см, а при недостатке влаги - на глубину 8-10 см [60].
В борьбе с многолетними корнеотпрысковыми сорняками наилучшие результаты дает 2-3-кратное лущение на глубину 12-14 см с последующей вспашкой [26, 98, 135, 179].
При рыхлении почвы культиватором-плоскорезом КПГ-250 основная масса семян сорняков сосредотачивается в слое 0-5 см, в более глубокие слои при плоскорезной обработке семена сорняков попадают благодаря сепарации (встряхиванию) почвы и просыпанию их по вертикальным щелям, образуемым стойкой культиватора-плоскореза.
Таким образом, при плоскорезном рыхлении в слои почвы глубиной более 5 см попадает 29-37% исходного количества семян сорняков. При систематическом безотвальном рыхлении почвы основная масса (63-70%) све-жеосыпавшихся семян сорняков сосредотачивается в верхнем слое (0-5 см), что и обуславливает более высокую засоренность посевов [ 114].
В структуре полевых агрофитоценозов, как правило, преобладают малолетние сорняки, размножающиеся преимущественно семенами. В этом случае система регулирующих, мероприятий должна быть направлена на провокацию прорастания семян сорняков, сосредоточенных в верхней части пахотного слоя почвы, и последующее уничтожение их всходов.
Для эффективного уничтожения проросших после лущения сорных растений и очищения пахотного слоя почвы от их семян приводится вспашка плугом с предплужниками на глубину не менее 20-22 см. Известно, что для семян большинства видов сорных растений оптимальная глубина появления всходов не превышает 2-3 см, поэтому их заделка на глубину более 10 см практически исключает возможность появления всходов. Зяблевая вспашка плугом с предплужниками способствует заметному сокращению засоренности верхней части (0-5 см) пахотного слоя почвы семенами сорняков [211].
Высокий эффект в снижении засоренности почвы жизнеспособными семенами сорных растений достигается при их глубокой заделке в почву. Для этого один раз в 4-5 лет в системе основной обработки почвы проводится вспашка на глубину 30-35 см при обычной (на глубину 20-22 см) или мелкой обработке в остальные годы [60].
Если в структуре сорного компонента агрофитоценоза преобладают представители биогруппы корнеотпрысковых сорняков (бодяк полевой, осот полевой, вьюнок полевой, сурепка обыкновенная), после отрастания их побегов проводят лущение на глубину 10-12 см лемешными лущильниками в го-ды достаточного увлажнения или дисковыми боронами в засушливые годы. На сильно засоренных участках осуществляется двукратное (с интервалом 10-15 дней) лущение стерни лемешными лущильниками или тяжелыми дисковыми боронами на глубину 10-14 см. Затем проводится зяблевая вспашка и культивация с боронованием. При лемешном лущении корнеотпрысковые сорняки подрезаются на 85-100%, при дисковом лущении - на 50-60% [53].
При преобладании корневищных сорняков (мать-и-мачеха, пырей ползучий, свинорой) в системе основной обработки почвы проводится перекрестное лущение стерни дисковыми боронами на глубину 8-10 и 10-12 см. Разрезанные корневища через 10-15 дней запахивают в почву плугом с предплужниками на глубину 30-35 см [28, 76, 114, 218, 232].
Схемы опытов, почвенные условия и методики проведения исследований
Исследования выполняли в стационарных полевых опытах. Трехфак-торный полевой опыт 9x7x2 «Действие обработок, удобрений и гербицидов на плодородие дерново-подзолистой почвы» заложен под руководством проф. Б.А. Доспехова осенью 1969 г. методом расщепленных делянок. На де-лянках первого порядка (1260 м ) изучаются системы обработки почвы; на делянках второго порядка (180 м ) - удобрения и на делянках третьего порядка (90 м2) - чизелевание как элемент основной обработки почвы (с 1987 г.). Контрольный вариант - система традиционной отвальной обработки почвы. Опыт заложен в трехкратной повторности с рендомизированным размещением вариантов по типу латинского прямоугольника (3x3x14). Полная схема трехфакторного опыта включает 133 варианта и позволяет изучать действие и взаимодействие изучаемых систем обработки почвы и удобрений на фоне систематического применения гербицидов. Почва опытного участка - дерново-среднеподзолистая среднесуглини-стого гранулометрического состава (табл. 1). Перед закладкой опыта пахотный слой (А пах) имел мощность 20-22 см. Подпахотным является переходный подзолисто-иллювиальный горизонт А2В. При закладке опыта почву опытного участка произвестковали по полной гидролитической кислотности. После известкования рНКС составила 6-6,5. Системы обработки почвы (условные названия, фактор А) включали следующие приемы: 1. Отвальная, принятая в зоне, контроль - ежегодная вспашка на 20-22 см, ранневесеннее боронование, предпосевная культивация на 8-10 см, обработка РВК-3 под зерновые культуры и бобово-злаковую смесь, перепашка зяби на 14-16 см и предпосадочная культивация на 8-Ю см под картофель. 2. Комбинированная - вспашка на 28-30 см один раз в 3 года, предпосевное фрезерование под зерновые и бобово-злаковую смесь на 8-10 см, под картофель — предпосадочное фрезергтяиир ття 14-16 см. 3. Минимальная фрезерная - без основной обработки, ежегодная роторная вспашка на 20-22 см, предпосевное фрезерование под зерновые и бобово-злаковую смесь на 8-Ю см, под картофель - предпосадочное фрезерование на 14-16 см. 4. Интенсивная фрезерная - ежегодная роторная вспашка на 20-22 см, предпосевное фрезерование под зерновые и бобово-злаковую смесь на 8-10 см, под картофель - предпосадочное фрезерование на 14-16 см. 5. Отвальная с фрезерованием - вспашка на 20-22 см один раз в 3 года, предпосевное фрезерование под зерновые и бобово-злаковую смесь на 8-10 см, под картофель - предпосадочное фрезерование на 14-16 см. 6.
Отвальная с дискованием - вспашка на 20-22 см один раз в 3 года, предпосевная культивация на 8-10 см, обработка РВК-3 под зерновые культуры и бобово-злаковую смесь, перепашка зяби на 14-16 см и предпосадочная культивация на 8-10 см под картофель. 7. Чизельная с фрезерованием - чизелевание на 38-40 см один раз в 3 года, предпосевное фрезерование под зерновые и бобово-злаковую смесь на 8-Ю см, под картофель - предпосадочное фрезерование на 14-16 см. 8. Трехъярусная и отвальная с фрезерованием по фону навоза - трехъярусная вспашка на 38-40 см один раз в 3 года, предпосевное фрезерование под зерновые и бобово-злаковую смесь на 8-Ю см, под картофель - предпосадочное фрезерование на 14-16 см, внесение навоза 45 т/га один раз в 3 года. 9. То же, что и в варианте 8, но без внесения навоза. С 1980 г. на опытном участке общим фоном проводится дисковое лу щение на 8-10 см. В опыте изучаются 7 вариантов удобрений (фактор В). Исследования выполняли на делянках следующих вариантов: 1. Без удобрений. 2. NPK (ежегодно в среднем за 29 лет N57P69K59 на 1 га). 3. 2 NPK (ежегодно в среднем за 29 лет N, ГР., Лс\., нв 1 г?.). 4. Солома + 2 NPK (внесение соломы после уборки зерновых культур под основную обработку почвы из расчета 6 т на 1 га в среднем за 29 лет ежегодно вносилось 2,8 т + ЫцзРшКюв на 1 га) 5. Навоз 45 т/га + 2 NPK (внесение навоза под картофель и парозанимающую культуру в среднем за 29 лет ежегодно 14,5 т + Ni 13Р117КЮ8 на 1 га). 6. Чизелевание (фактор С), как элемент основной обработки почвы проводится начиная с четвертой ротации (1987 г.); чизельная обработка на глубину 38-40 см выполняется два раза за ротацию севооборота: под озимую пшеницу и картофель. Система применения гербицидов в опыте в годы наших исследований строилась с учетом численности и видового состава сорного компонента полевых агрофитоценозов. В 1998 г. в посевах овса в фазу кущения применялась смесь гербицидов 2,4 ДА + лонтрел (0,8 кг/га д.в. + 0,05 кг/га д.в.). В 2000 г. после посева озимой пшеницы до появления всходов культуры применялся симазин в норме 0,24 кг/га д.в. В 2001 г. в фазу кущения ячменя применялся диален-супер в норме 2 л/га. В 2002 г. в фазе 3-5 листьев кукурузы применялась смесь диален-супер (1,5 л/га) + лонтрел (250 г/га).
Засоренность почвы органами вегетативного размножения многолетних сорняков
Одной из осниьныл биологических особенностей многолетних copwa-ков, сильно затрудняющих борьбу с ними, является их способность активно размножаться при помощи подземных вегетативных органов (корневые отпрыски, корневища и др.). Следовательно, для разработки эффективных способов борьбы с многолетними сорняками важно знать количество и видовой состав их органов вегетативного размножения, сосредоточенных в обрабатываемом слое почвы.
Результаты проведенных нами исследований свидетельствуют, что на 29-й год опыта (2001 г.) в зернотравяном севообороте при отвальной системе обработки засоренность почвы органами вегетативного размножения многолетних сорняков была в 2,6 раза ниже в сравнении с нулевой системой обработки (табл. 23). В то же время, при нулевой системе обработки засоренность почвы органами вегетативного размножения была на 47% выше в сравнении с системой поверхностной обработки и на 49% выше в сравнении с системой чизельной обработки почвы. В плодосменном севообороте сравнительная эффективность изучаемых систем обработки почвы соответствовала аналогичной в зернотравяном севообороте.
Установлена высокая эффективность плодосменного севооборота в сокращении запаса органов вегетативного размножения многолетних сорняков в пахотном слое почвы. Так, при отвальной системе обработки по м R плодосменном севообороте засоренность слоя почвы 0-40 см органами вегета-тивного размножения составила 67 см/м , что на 56% ниже в сравнении с зернотравяным севооборотом, при системе нулевой обработки - соответст-венно 171 см/м и 47%, при поверхностной - 102 см/м и 49% и при системе чизельной обработки - 74 см/м и 55% (табл. 23).
Таким образом, высокий эффект в снижении засоренности обрабатываемого слоя почвы органами вегетативного размножения обеспечивают отвальная вспашка и плодосмен.
Установлено, что при всех системах обработки в слое почвы 0-40 см от общих запасов вегетативных многолетников составила: при системе отвальной обработки - 45%, нулевой - 39%, поверхностной - 35% и чизельной -45% (табл. 24). Характерно, что при нулевой и поверхностной системах обработки получили некоторое распространение органы вегетативного размно-жения пырея ползучего (соответственно 42 и 7 см/м ). При этих системах обработки почвы в большем количестве по сравнению с другими системами выявлены вегетативные органы размножения бодяка полевого (соответствен-но 45 и 33 см/м ).
Наибольшие запасы органов вегетативного размножения хвоща полевого в слое почвы 0-40 см обнаружены при системе поверхностной обработки почвы (31 см/м2;, чистеца билишого - при системе пулевой обработки (37 см/м2), очитка пурпурного - при системах нулевой и поверхностной обработ-ки Соответственно 18 и 12 см/м ).
Для изучения характера распределения по профилю почвы корневых систем наиболее распространенных в агрофитоценозе видов многолетних сорняков нами производились раскопки в слое почвы 0-50 см в вариантах с системами отвальной и нулевой обработки почвы. Результаты исследований свидетельствуют, что корневая система бодяка полевого при отвальной системе обработки на 45% сосредоточена в слое 0-20 см, а при нулевой - на 92% (рис. 4). Причем в верхней части пахотного слоя (0-10 см) сосредоточено при системе отвальной обработки 6% корневой системы бодяка, а при нулевой - 55%.
Корневые системы хвоща полевого и бодяка полевого проникают в более глубокие слои и характеризуются более глубоким залеганием сорняками. При системы отвальной обработки в пахотном слое почвы (0-20 см) было сосредоточено 93% корневой системы осота полевого и 28% корневой системы хвоща полевого, а при система нулевой обработки - соответственно 97% и 46% (рис. 4).
Таким образом, при отсутствии интенсивного механического воздействия на пахотный слой дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы (система нулевой обработки), многолетние сорняки (бодяк полевой, осот полевой, хвощ полевой) характеризуются поверхностным расположением основной массы корневых систем по сравнению с традиционной в зоне системой отвальной обработки почвы (1973 г.) составило 46 см/м по длине и 14,1 г/м по сухой массе (табл. 25). При применении полного минерального удобрения (фон 2 NPK) засоренность этого слоя почвы уменьшилась по сравнению с исходном уровнем на 54% по длине и на 20% по сухой массе.
Оценка энергетической эффективности применения удобрении
Анализ структуры антропогенных энергетических потоков в агроландшафтах свидетельствует, что на долю средств химизации, прежде всего минеральных удобрений, приходится до 50% совокупных энергозатрат при возделывании сельскохозяйственных культур.
В общей структуре энергозатрат на применение удобрений преобладают энергозатраты на их производство с учетом энергосодержания самих удобрений. По нашим расчетам, в среднем за 2000-2002 гг. в зернопропаш-ном севообороте наименьшим уровнем совокупных затрат в расчете на 1 ц кормовых единиц основной продукции - 834 МДж, характеризовался фон удобрений 2 NPK. Применение соломы или навоза в сочетании с 2 NPK способствовало повышению уровня совокупных энергозатрат соответственно на 42 и 104 МДж/ц в сравнении с Лоном пттнот ми-мепядьного Х/ДО6"ЄІІІЇЛ (табл. 37).
На фоне внесения навоза в сочетании с 2 NPK энергозатраты на применение удобрений составили 18984 МДж/га, что соответственно на 6733 МДж/га и 5143 МДж/га выше, в сравнении с фоном 2 NPK и солома +- 2 NPK, которые также характеризовались меньшим уровнем энергозатрат в расчете на 1 кг д.в. удобрений - соответственно 44 и 41 МДж/га (табл. 37). Применение минеральных удобрений обеспечило наиболее высокое энергосодержание основной продукции как в расчете на 1 кг д.в. удобрений - 149 МДж, так жтшігМДж энергозатрат на применение удобрении - 4,1 о мдж. На этом фо-не удобрений достигался наиболее высокий коэффициент энергетической эффективности - 1,40.
Для интегральной оценки энергетического эффекта удобрений, особенно органических, в агроценозах необходимо учитывать их вклад в формирование биОЭНеОГеТИЧеСКОГО ПОТЄНТТИЯГТЯ ПОЧТИТ Tt чягтипгти -гЯ гирт УНРПМ.
чения содержания гумуса. Выполненные нами расчеты показали, что энергосодержание гумуса в пахотном слое дерново-подзолистой среднесуглинистои почвы на неудобренном фоне составило 8,2x105 МДЖ/га, на фоне 2 NPK -9,0x105 МДЖ/га, а при внесении соломы + 2 NPK и навоза + 2 NPK - соответственно 9,8х105 и 10,4х105 МДЖ/га.
Таким образом, применение минеральных, и особенно органических удобрений (навоз, солома) способствует увеличению биоэнергетического потенциала почвы за счет увеличения энергосодержания гумуса в пахотном слое.
В наших исследованиях установлено, что доля гербицидов в общей структуре энергозатрат при возделывании сельскохозяйственных культур сравнительно невелика и составляет 3-5%. Вместе с тем рациональное применение гербицидов обеспечивает достаточно высокий энергетический эффект. Так, за 2 года (1999-2000 гг.) энергосодержание прибавки урожая полевых культур от применения гербицидов составило 7,86-9,96 тыс. МДж/га (табл. 38).
Высокий энергетический эффект от применения гербицидов в посевах озимой пшеницы достигался на фоне систем чизельной (6,32 тыс. МДж/га), роторной (6,27), поверхностной (6,13) и плоскорезной (6,10) систем обработки почвы. В посевах овса наиболее высокий энергетический эффект от применения гербицидов установлен при системах чизельной (3,64 тыс. МДж/га), поверхностной (3,49) и сочетания отвальной и нулевой систем обработки (3,49).
Результаты исследований свидетельствуют, что более высокий по сравнению с овсом энергетический эффект от применения гербицидов в зернотравяном севообороте достигается в посевах озимой пшеницы при всех системах обработки почвы. Так, в 1999 в посевах озимой пшеницы энергосодержание прибавки урожая от применения гербицидов в среднем по всем системам обработки почвы составило 5,93 тыс. МДж/га, тогда как в посевах овса - 3,38 тыс. МДж/га.
Высокий энергетический эффект отмечен также при довсходовом применении в 2000 г. в плодосменном севообороте гербицида зенкор на картофеле (энергосодержание прибавки урожая - 5,7-6,3 тыс. МДж/га).
Таким образом, в зернотравяном и плодосменном севооборотах наиболее высокий уровень энергосодержания прибавки урожая, полученной от применения гербицидов, достигается на фоне чизельной и поверхностной систем обработки почвы. Среди полевых культур наиболее высокий энерге-тический эффект от применения гербицидов достигался в посевах озимой-пшеницы и картофеля.
