|
Скачать 1.14 Mb.
|
5. Влияние различных агроприемов и технологий 6. Эффективность люцерны как предшественника 7. Экономическая и биоэнергетическая оценка |
^ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ И АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ И ПОЧВЕННОЙ БИОТЫ Исследованиями установлено, что способ основной обработки почвы оказывал слабое влияние на величину влагозапасов под люцерной. Разница составляет 2% в пользу безотвальной обработки почвы. Следует также отметить, что в слое почвы 0–200 см существенных различий по содержанию продуктивной влаги в зависимости от уровня плодородия почвы и доз удобрений также не наблюдалось. Наиболее интенсивно использовали влагу растения на вариантах с экологически допустимой и интенсивной технологиями на всех способах обработки почвы. Из слоя почвы 0–100 см использовалось 70–75% влаги на безотвальной обработке почвы, 58–65% на вспашке и 61–60% на отвальной на фоне глубокого рыхления обработке почвы. Со второго метра расходовалось продуктивной влаги 67–78%, 60–72% и 54–75% соответственно. За указанный период меньше всего влаги расходовалось растениями на вариантах экстенсивной технологии (000). По нашим данным, наименее экономно растения люцерны расходовали влагу на варианте без внесения удобрений. Коэффициент водопотребления (КВ) по годам жизни составил 1194, 754 и 106 м3/т. Повышение плодородия почвы, применение удобрений уменьшало коэффициент водопотребления при экологически допустимой технологии до 861, 592 и 81 м3/т или на 27–37% по сравнению с контролем. Наши наблюдения за величиной объемной массы почвы показали, что изучаемые технологии и агроприемы оказывали определенное влияние на этот показатель в пахотном и подпахотном слоях (таблица 15). Таблица 15 – Влияние технологий возделывания на плотность и твердость пахотного и подпахотного слоев почвы под люцерной второго года жизни (1999–2001 гг.)
В среднем за годы исследований объемная масса пахотного слоя почвы (0–30 см) под люцерной второго года жизни колебалась по вариантам опыта от 1,39 до 1,40 г/см3, т. е. почва имеет плотное сложение, в подпахотном слое (30–50 см) объемная масса увеличивалась до 1,45 и 1,45–1,47 г/см3 соответственно годам жизни. Плодородие почвы и система удобрения оказывали определенное влияние на объемную массу выщелоченного чернозема под люцерной. Последовательное повышение уровня плодородия и доз удобрений в экологически допустимой технологии в пахотном слое почвы способствовало снижению плотности её по сравнению с контролем (000) на 0,01 г/см3. Снижение величины объемной массы наблюдалось и в подпахотном слое от данных факторов и составляло 0,02 г/см3. Рассматривая величину объемной массы по годам, следует отметить, что она сохраняет те же закономерности в зависимости от изучаемых факторов, что и в среднем по опыту. Наибольшая плотность почвы наблюдалась на варианте экстенсивной технологии, а интенсификация технологии возделывания способствовала уменьшению ее. Самая низкая плотность была на вариантах экологически допустимой технологии 222, где на фоне повышенного уровня плодородия почвы применялась средняя доза удобрений и химическая система защиты растений от сорняков. Зависимость твердости почвы от изучаемых в опыте агроприемов имела те же закономерности, что и объемная масса почвы. Наибольшая твердость почвы отмечена на варианте экстенсивной технологии. Так, величина данного показателя под люцерной второго года жизни составила в пахотном слое 30,8 кг/см2, в подпахотном – 33,7 кг/см2. Интенсификация технологии возделывания способствовала снижению твердости почвы под люцерной второго года жизни в пахотном слое на 2,1 кг/см2 (7%), под люцерной третьего года жизни – на 4,8 кг/см2 (14%). Такая же закономерность отмечена и в подпахотном слое почвы, снижение составляло по годам жизни 6% и 10% соответственно. Различные системы основной обработки также оказывали определенное влияние на объемную массу выщелоченного чернозема при различных технологиях возделывания люцерны. Последовательное повышение уровня плодородия и доз удобрений от 111 (беспестицидная технология) к 333 (интенсивная технология) в пахотном слое почвы способствовало снижению ее плотности, по сравнению с контролем (000 – экстенсивная технология) по безотвальной обработке на 0,02–0,04 г/см3, по рекомендуемой – на 0,01–0,02 и по отвальной с почвоуглублением – на 0,01–0,03 г/см3. Снижение величины объемной массы наблюдалось и в подпахотном слое под влиянием данных факторов и составляло в зависимости от обработки почвы соответственно: 0,02–0,04; 0,01–0,03 и 0,02–0,03 г/см3. Из этого можно сделать вывод, что наибольшее разуплотняющее действие при интенсификации технологии возделывания люцерны оказывает отвальная и отвальная с периодическим глубоким рыхлением система основной обработки почвы. Зависимость твердости почвы от изучаемых в опыте агроприемов имела те же закономерности, что и объемная масса почвы. В среднем за 2000–2002 гг. наибольшая твердость в пахотном слое почвы отмечена на безотвальной обработке и в среднем по вариантам опыта составила 36,1 кг/см3, что на 1,2 кг/см3 (3%) и на 2,0 кг/см (6%) больше, чем на рекомендуемой и отвальной на фоне глубокого рыхления обработках почвы соответственно. Аналогичная тенденция отмечена и в подпахотном горизонте, но при больших показателях. Так, твердость почвы в данном слое почвы увеличивалась на 3,7 кг/см (11%) по сравнению с пахотным. При безотвальной обработке она составляла 39,6 кг/см2, что на 2 и 5% выше, чем на варианте рекомендуемой и отвальной с периодическим глубоким рыхлением обработках почвы соответственно. В настоящее время в условиях интенсификации земледелия воздействие почвообрабатывающих орудий, уровня плодородия почвы и условий погоды (в частности осадков) является важнейшими факторами, определяющими сохранность структуры почвы. Наши наблюдения показали, что агрегатный состав выщелоченного чернозема под люцерной второго года жизни был различен в зависимости от изучаемых агротехнических приемов (таблица 16). Таблица 16 – Влияние технологии возделывания на структуру почвы под люцерной второго года жизни, 19992001 гг.
Анализ сухого фракционирования верхнего слоя почвы (0–10 см) показал, что на всех вариантах опыта преобладали агрономически ценные агрегаты (0,25–10 мм). Их содержание варьировало по вариантам опыта под люцерной второго года жизни от 55,6 до 58,1% и под люцерной третьего года жизни – от 58,0 до 67,1%. С глубиной (30–50 см) наблюдалось увеличение количества глыбистой фракции под люцерной второго года жизни в среднем по опыту с 32,9 (0–10 см) до 40,6% (30–50 см), под люцерной третьего года жизни – с 34,7 (0–10 см) до 49,1% (30–50 см) и уменьшение агрономически ценной фракции – с 56,9 до 53,3% и с 62,6 до 48,5% соответственно. Содержание пыли в зависимости от горизонта почвы практически не изменялось и составило под люцерной первого и второго года жизни в среднем при экстенсивной технологии 2,6 и 2,5%, а при экологически допустимой снижалось до 2,4 и 1,4% соответственно. Удобрения также оказывали определенное влияние на структуру выщелоченного чернозема. Во всех слоях почвы на удобренных вариантах оструктуривание почвы проходило более интенсивно. Так, при экологически допустимой технологии (от 000 к 222) увеличение дозы минеральных удобрений в слое 0–10 см почвы под люцерной второго года жизни способствовало увеличению количества агрономически ценных агрегатов на 2,5%, а под люцерной третьего года жизни – на 9,1%. Аналогичная тенденция отмечена и в других изучаемых слоях почвы. Использование средств химизации в земледелии способствовало не только увеличению количества агрономически ценных агрегатов, но и уменьшению содержания глыбистой фракции. Так, под люцерной третьего года жизни в вернем (0–10 см) слое почвы содержание глыбистой фракции и пыли на удобренных вариантах было меньше на 3,3 и 0,4%. Аналогичная зависимость от изучаемых агроприемов отмечена и в других слоях почвы. Таким образом, повышение плодородия почвы и доз удобрений способствовало увеличению под люцерной содержания агрономически ценных агрегатов и уменьшению количества глыб и пыли. Наиболее интенсивно восстановление водопрочности агрегатов под люцерной, по нашим наблюдениям, идет при внесении удобрений, особенно по интенсивной технологии при отвальной на фоне глубокого рыхления основной обработке почвы. Важным показателем плодородия почвы является содержание в ней гумуса. Сохранение его в почве в оптимальном количестве является первоочередной задачей земледелия, так как количество и качество гумуса определяет многие положительные свойства почв и продуктивность выращиваемых культур. Темп минерализации гумуса в первую очередь зависит от способа обработки почвы и специфики возделываемых культур (пропашные, колосовые или многолетние бобовые травы). Так, в нашем опыте за период с 1996 по 2002 гг. определилась направленность изменения содержания гумуса под влиянием названных факторов (таблица 17). Анализ полученных данных показывает, что в зависимости от выращиваемой культуры содержание гумуса в почве изменяется. Так, величина данного показателя под подсолнечником в среднем по вариантам опыта при безотвальной обработке составляла 3,30%, при рекомендуемой – 3,27%, а через 4 года под люцерной она увеличивалась на 0,13 и 0,15% соответственно обработкам почвы. Следовательно, как по нашим данным, так и по мнению других исследователей, возделывание многолетних трав в севообороте, и в частности люцерны, способствует увеличению содержания гумуса в почве. Таблица 17 – Содержание гумуса в пахотном слое почвы под различными культурами севооборота в зависимости от технологий выращивания, %
В зависимости от способа обработки содержание гумуса в почве также изменялось. В среднем за 2000–2002 гг. под люцерной третьего года жизни в пахотном слое почвы гумуса накапливалось больше при безотвальном рыхлении в сравнении с отвальной и отвальной на фоне глубокого рыхления обработками почвы (на 0,01 и 0,03%). В подпахотном горизонте наблюдалась обратная зависимость. Меньшее сохранение гумуса отмечено на безотвальной обработке, и в среднем по опыту оно составляло 3,27%. Это соответственно на 0,03 и 0,07% ниже, чем при рекомендуемой и отвальной на фоне глубокого рыхления обработках почвы. Таким образом, насыщение севооборота многолетними бобовыми травами, и в частности люцерной, позволило увеличить поступление органического вещества в почву. Благодаря применению удобрений повышается содержание гумуса в почве, достигая максимальных значений при интенсивной технологии возделывания. Следовательно, сохранение и воспроизводство плодородия почвы возможно при правильно построенной системе внесение минеральных и органических удобрений, с обязательным введением в севообороты многолетних бобовых трав. При соблюдении этих условий обеспечиваются хорошие водно-физические свойства почвы, улучшается почвенная биота, обеспеченность основными элементами питания. В научной литературе имеются многочисленные данные, свидетельствующие о том, что в севооборотах, насыщенных зерновыми культурами, многолетние бобовые являются фитосанитарными культурами. Однако при микологическом анализе корней и стеблей угнетенных растений люцерны, Н. М. Алпатьев и З. И. Шестеперова (1981) в 90% случаев выделяли вид Fusarium oxysporum, а также: F.solani, F. culmorum, F. avencium и виды родов Alternaria, Cladosporium, Рenicillium и др. Анализ пространственной и временной частоты встречаемости комплекса почвенных микромицетов показал, что люцерна, сохраняя видовой состав некротрофной группы патогенов, способствует перегруппировке пространственной и временной частоты встречаемости отдельных видов. В ранге типичных доминирующих на протяжении всех лет жизни люцерны сохранились популяции видов Alternaria altemata, Cladosporium herbarum, Microdochium nivale и Verticillium nigrescens. По мере увеличения сроков жизни люцерны увеличилась пространственная и временная частота встречаемости видов Verticillium lateritium, Stemphylium botryosum и Ulocladium botrytis, уменьшилась – F. verticilliodes и F. poae. Редкими на протяжении всех лет жизни люцерны являлись грибы Alternaria tenuissima, Botrytis cinerea, Fusarium аvenaceum, F. graminearum и Verticillium dahliae, а виды Fusarium culmorum, Trichothecium roseum, Trichothecium cerealis, Rh. solani составили группу случайных видов. В ризосферно-прикорневой зоне по мере увеличения сроков жизни люцерны отмечена перегруппировка в составе супрессивных видов в сторону доминирования видов Т. viride, Т. koningii, увеличения пространственной и временной частоты встречаемости Т. aureoviride, Т. harzianum и уменьшения популяций видов родов Aspergillus и Penicillium. Группу автохтонных доминирующих видов составили Humicola grisea, Stahybotrys altemans и частых типичных – Сhaetomium seminudum, Mucor hiemalis, M. mucedo, М. рlumbeus. В почве посевов люцерны происходит увеличение биоразнообразия и биомассы микробиоты. При этом изменения численности почвенных микроорганизмов в агроценозах люцерны разных лет жизни и озимой пшеницы зависят от абиотических факторов, определяющих частоту встречаемости бактерий, актиномицетов и грибов. Полученные результаты показали, что плодородие почвы и минеральное питание оказали существенное влияние на количество почвенных бактерий в посевах люцерны второго года жизни. Так, в 2001 г. в вариантах с повышенным фоном плодородия почвы (содержание гумуса 3,2–3,5%) и естественным фоном минерального питания и с внесением минеральных удобрений (N30P30K30) на фоне естественного плодородия численность бактерий в почве была наибольшей. После первого укоса их количество было в 1,5–2,0 раза, а после второго – 1,2–1,5 раза больше по сравнению с вариантами естественного уровня плодородия и минерального питания соответственно. При совместном влиянии факторов плодородия и минерального питания этот эффект был еще больше – количество бактерий в почве в 2,0 и 2,5 раза превышало показатели вариантов, где изучалось раздельное влияние плодородия почвы и минеральных удобрений. Установлено, что минеральное питание и повышенный фон плодородия почвы с внесением минеральных удобрений способствовали увеличению численности спор грибов в ризосферно-прикорневой зоне во все годы жизни люцерны в 1,2–5,5 раз по сравнению с естественным и повышенным фоном плодородия почвы (рисунок 2). Люцерна второго года (2001) ![]() ![]() Люцерна третьего года (2001) ![]() ![]() Люцерна третьего года ( ![]() ![]() 1-й укос 2-й укос ![]() – Общий запас в почве Рисунок 2 – Влияние плодородия и минерального питания на количество грибных спор (млн./га) в почве посевов люцерны сорта Славянская местная (опытное поле КубГАУ, данные И. В. Бедловской) ^ КОЛОСОВЫХ КУЛЬТУР В стационарном полевом опыте последействие люцерны проявилось в оптимизации показателей структуры урожая и в целом в стабилизации урожая озимой пшеницы интенсивного сорта Батько. Кроме предшественника на урожайность озимой пшеницы влияли технологии возделывания и погодные условия вегетационного периода. В среднем за три года исследований урожайность зерна озимой пшеницы сорта Батько по вариантам опыта возросла с 6,52 до 7,51 т/га. Установлено, что урожайность озимой пшеницы после люцерны практически не зависела от способов основной обработки почвы, о чем свидетельствуют результаты статистической обработки результатов опыта (таблица 18). Таблица 18 – Урожайность озимой пшеницы сорта Батько в зависимости от технологий возделывания, т/га (опытное поле КубГАУ, 2001–2003 гг.)
По фактору В (плодородие почвы, минеральное питание и защита растений) существенное снижение урожайности озимой пшеницы по сравнению с другими вариантами установлено в варианте беспестицидной технологии (111), что подтверждает анализ урожайности по годам исследований. Существенно ниже по сравнению с экстенсивной (000) и экологически допустимой (222) технологиями была урожайность и в варианте интенсивной технологии (333) – на 0,18 и 0,37 т/га соответственно. При рекомендуемом способе основной обработки почвы средняя урожайность составила 7,14 т/га. Наивысшая урожайность отмечена на варианте 222, но прибавка в сравнении с вариантом 000 была несущественной. На варианте с технологией 333 получен урожай ниже, чем в варианте экстенсивной технологии, на 0,27 т/га, что связано с полеганием озимой пшеницы. Статистическая обработка данных урожайности методом пошагового регрессионного анализа выявила общие закономерности в формировании продуктивности озимой пшеницы в зависимости от изучаемых факторов в технологиях ее возделывания. В целом доля влияния фактора А – способа основной обработки почвы в изучаемых технологиях на урожайность озимой пшеницы по предшественнику люцерна за годы исследований составила 0,8%. Доля влияния сочетания в технологиях возделывания плодородия почвы, удобрений и средств защиты растений в формировании урожая озимой пшеницы составила 34,2%. Таким образом, полученные на интенсивном сорте Батько результаты свидетельствуют о том, что в годы с оптимальными погодными условиями и при низком уровне развития болезней для формирования продуктивности озимой пшеницы возможно ее возделывание после люцерны по экстенсивной технологии. Это позволит значительно снизить себестоимость продукции. В случае высокой засоренности посева целесообразно применение гербицида. Если прогнозируется угроза заболеваний в эту технологию необходимо добавить применение фунгицида. Важным показателем влияния люцерны как предшествующей культуры является ее способность к азотонакоплению (таблица 19). Таблица 19 – Агрономическая эффективность люцерны как предшественника озимой пшеницы
Сравнение урожайности по предшественникам люцерна и подсолнечник позволило сделать заключение, что на фоне естественного плодородия выщелоченного чернозема без применения минеральных удобрений по люцерне сформировался урожай зерна на уровне 72,5 ц/га, за счет того, что из почвы пшеницей было вынесено азота 247,7 кг/га. По подсолнечнику вынос азота озимой пшеницей составил 139,7 кг/га при уровне урожайности 31,0 ц/га. Таким образом, люцерна как предшественник обеспечила для озимой пшеницы содержание азота в почве на 53,7% больше, чем подсолнечник. Это позволяет сократить применение минеральных азотных удобрений и способствует снижению себестоимости зерна. ^ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЛЮЦЕРНЫ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ КУЛЬТУРЫ Острота топливно-энергетической проблемы обуславливает необходимость рационального потребления энергии во всем народном хозяйстве. Решению этой задачи в сельском хозяйстве может способствовать биоэнергетическая оценка технологий производства продукции, позволяющая выбрать наиболее эффективные ресурсосберегающие технологии, отдельные технологические приемы [296]. В стационарном полевом опыте затраты совокупной энергии определялись на основе технологических карт возделывания люцерны на зеленую массу с помощью энергетических эквивалентов используемых ресурсов. Нами установлено, что затраты совокупной энергии на выращивание, как люцерны под покровом ячменя, так и люцерны в чистом виде окупались полностью выходом валовой энергии на всех вариантах опыта, но эффективность их была разной. Минимальные затраты совокупной энергии у люцерны первого года жизни – 11,5–12,2 ГДж, по люцерне второго года жизни – 12,7–14,9 ГДж и по люцерне третьего года жизни – 10,0–11,4 ГДж и наибольший коэффициент чистой эффективности – соответственно годам жизни 4,59–5,25; 14,3–14,5; 14,6–14,7 получены при выращивании люцерны на вариантах 000, 002, 200 и 202, то есть без применения удобрений, однако на этих вариантах опыта получена самая низкая урожайность зерна ярового ячменя и зеленой массы люцерны. Затраты труда (чел.-ч) на единицу продукции и расход топлива были больше на вариантах 222 – экологически допустимая технология. Превышение над контролем по годам жизни составило соответственно 1,06 чел.-ч (11%) и 11,77 кг (19%); 4,5 чел.-ч (31 %) и 19,3 кг (33%); 5,0 чел.-ч (46%) и 18,2 кг (33%). Показатели по выходу валовой энергии, а также приращению энергии и коэффициенту чистой эффективности на вариантах 002, 020, 022, 200, 202 заняли промежуточное положение. При этом затраты совокупной энергии на вариантах без применения удобрений (200 и 202) были в среднем на 2,5; 5,8 и 6,1 ГДж ниже соответственно годам жизни, чем на вариантах (020 и 022), где применялась средняя доза удобрений. В связи с этим, коэффициент чистой эффективности на этих вариантах был выше и составил в среднем по годам жизни 5,22; 15,4 и 15,7, что на 0,79; 3,00 и 3,90 больше, чем на вариантах 020 и 022. С точки зрения биоэнергетической эффективности целесообразно выделить варианты 200 и 202. Коэффициенты чистой эффективности здесь составили по годам жизни 5,25; 14,4; 14,6 и 5,18; 14,3; 14,7 соответственно. Выход основной продукции (ц) на единицу энергозатрат на этих вариантах также был наибольшим – 10,96–10,72 (первый год жизни); 35,30–35,00 (второй год жизни); 35,80–36,10 (третий год жизни). Вместе с тем, на вариантах 222 и 220 было отмечено самое высокое приращение энергии – соответственно годам жизни 63,5–68,1; 243,7–237,5 и 194,8–189,1 ГДж и наибольшая урожайность. Изучаемые в опыте технологии возделывания обеспечили различные затраты совокупной энергии. В результате исследований установлено, что в среднем за 2000–2002 гг. минимальные затраты совокупной энергии были на вариантах экстенсивной технологии возделывания – 9,9 ГДж. Интенсификация технологий возделывания люцерны на вариантах 111, 222, 333 увеличивала затраты совокупной энергии в 1,6–3,0 раза по сравнению с контролем. Наибольшее приращение энергии было отмечено на варианте –333 и составило 210,7 ГДж. Наименьшим этот показатель был на варианте 000 и составлял в среднем по обработкам почвы 145,9 ГДж. С точки зрения энергетической эффективности лучшим для возделывания люцерны третьего года жизни был вариант беспестицидной (111), а с точки зрения максимального приращения энергии – вариант экологически допустимой технологии (222). Для расчета экономической эффективности был применен расчетно-конструктивный и монографический методы исследования таблицы 20 и 21. Их применение было необходимым в связи с большим колебанием цен на основные и оборотные средства и для удобства сопоставления вариантов. На посевах люцерны второго и третьего года жизни по экономической эффективности следует выделить варианты без применения удобрений на фоне повышенного уровня плодородия почвы с внесением гербицида и без него (200, 202). Так, в среднем по вариантам опыта величина чистого дохода соответственно годам жизни люцерны равнялась 7 660 и 6 132 руб./га, что больше контроля на 16 и 15%, а величина производственных затрат увеличивалась незначительно – на 289 руб. (11%) и 204 руб. (11%). При этом, уровень рентабельности был наибольшим и составил во второй год жизни – 283,7–273,4%, в третий год жизни – 303,2–304,5%, что больше контроля на 16,5–6,2 % и 8,5–9,8% соответственно. На вариантах с применением минеральных удобрений (020 и 022) у люцерны второго и третьего годов жизни экономические показатели были ниже, за счет более высоких производственных затрат 4 054–4 103 руб. и 3 106–3 131 руб./га, однако урожайность зеленой массы была значительно выше. Хорошие экономические показатели получены на люцерне второго и третьего годов жизни на варианте, где гербициды вносились на естественном фоне плодородия почвы и минеральных удобрений (002) и культура выращивалась на фонах с естественным уровнем плодородия без внесения удобрений и применением химической системы защиты растений от сорняков. Здесь возможно получение продукции при достаточно высокой величине чистого дохода (6 801 и 5 822 тыс. руб., что на 3 и 9% больше контроля) и низкой себестоимости (5,6 и 5,0 руб.). Норма рентабельности на данном варианте составляла соответственно годам жизни 257,7 и 300,4%, что было на уровне или выше контроля, а урожайность зеленой массы люцерны превышала контроль на 4 и 8%. Таблица 20 – Экономическая эффективность люцерны второго года жизни в зависимости от приемов и технологии ее возделывания, 1999–2001 гг. (в расчете на 1 га)
Таблица 21 – Экономическая эффективность люцерны третьего года жизни в зависимости от приемов и технологии ее возделывания, 20002002 гг. (в расчете на 1 га)
Таким образом, в сложившихся производственных условиях экономически наиболее целесообразно возделывание люцерны на зеленую массу при повышенном уровне плодородия почвы, без внесения удобрений и с применением средств защиты растений от сорняков и без них. Это обеспечивает получение чистого дохода по годам жизни на уровне 6 076–7 675 руб./га, при высокой норме рентабельности (240,1–304,2%) и низких производственных затратах (2 004–2 897 руб./га) и себестоимости 1 ц продукции 4,9–22,1 руб. |