www.diplomrus.ru ® Авторское выполнение научных работ любой сложности – грамотно и в срок Содержание ОГЛАВЛЕНИЕВведение 6Глава 1. Научные и практические основы совершенствованиятехнологий возделывания сельскохозяйственных культурв адаптивно-ландшафтном земледелии Нечерноземной зоныРоссии (обзор литературы) 121.1. Роль севооборота и удобрений в воспроизводстве почвенного плодородия 121.2. Совершенствование механической обработки почвыв адаптивно-ландшафтном земледелии 261.3. Теоретические и практические основы регулирования сорного компонента полевых агрофитоценозов 361.4. Агроэкологические особенности формирования корневых систем полевых культур 51 Глава 2. Цель, задачи, условия и методика проведения исследований 612.1. Цель и задачи исследований 612.2. Схема опытов и условия проведения исследований 622.3. Методика проведения исследований 832.4. Агроэкологическая характеристика условийпроведения исследований 872.4.1. Особенности метеорологических условий в годыпроведения исследований 872.4.2. Элементы агротехники возделывания полевых культур вопытах 93Глава 3. Моделирование условий корнеобитаемой среды и формирование корневых систем, как научная и практическая основа совершенствования технологии возделывания сельскохозяйственных культур 963.1. Влияние объема среды корнеобитания на рост ипродуктивность кукурузы, ячменя и картофеля 983.2. Реакция растений на изменение условий средыкорнеобитания 1143.3. Особенности формирования корневых систем кукурузыи ячменя при разных приемах обработки почвы 1283.4. Рост и развитие корневой системы кормовой свеклы взависимости от способов посева и приемов борьбы с сорняками 138 Глава 4. Теоретические и технологические основы совершенствования систем обработки почвы в адаптивно-ландшафтном земледелии 1414.1. Влияние приемов обработки почвы на агрофизическиепоказатели плодородия 1414.1.1. Плотность 1414.1.2. Пористость 1444.1.3. Твердость 1494.1.4. Водопрочность структуры 1514.1.5. Влажность почвы и запас продуктивной влаги 1554.1.6. Температура почвы 1594.1.7. Анализ корреляционных связей между агрофизическими показателями 1604.2. Действие приемов обработки почвы на агрохимическиеи биологические показатели плодородия 1634.2.1. Содержание и запасы гумуса 1634.2.2. Содержание и баланс элементов минерального питания 1684.2.3. Кислотность и степень насыщенности основаниями 1784.2.4. Нитрификационная способность 1834.2.5. Активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов 1874.2.6. Ферментативная активность 191^ Глава 5. Эффективность регулирующего воздействия систем обработки почвы и гербицидов на сорный компонент агрофитоценоза 2025.1. Засоренность посевов и видовой состав сорняков 2025.2. Засоренность почвы семенами и органами вегетативногоразмножения 2095.3. Засоренность навоза семенами сорняков 2095.4. Динамика прорастания семян малолетних сорняков 2115.5. Фитотоксичность пахотного слоя почвы 2145.6. Эколого-токсикологическая оценка применения гербицидов 2215.7. Пораженность ячменя корневыми гнилями 222 Глава 6. Совершенствование технологических приемов возделывания кукурузы, ячменя и кормовой свеклы 2246.1. Агротехническая оценка качества посева, полевая всхожестьи выживаемость растений при разных приемах обработки почвы 2246.2. Динамика наступления фаз роста и развития у растений кукурузыи ячменя 2266.3. Формирование листовой поверхности и фотосинтетическая деятельность посевов 2326.4. Динамика накопления сухого вещества посевами ячменя и кукурузы 2416.5. Особенности роста и развития растений кормовой свеклы при разных способах посева и приемах борьбы с сорняками 2486.5.1. Формирование листовой поверхности 2506.5.2. Показатели фотосинтетической деятельности 2546.5.3. Динамика формирования урожая 259 Глава 7. Агротехническая оценка совершенствования технологических приемов возделывания зерновых и пропашных культур 2717.1. Влияние приемов обработки почвы на урожайность и качество урожая кукурузы и ячменя 2717.2. Урожайность и качество корнеплодов кормовой свеклы в зависимости от способов посева и приемов борьбы с сорняками 286 Глава 8. Энергетическая и экономическая эффективность совершенствования технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур 3028.1. Энергетическая и экономическая эффективность возделывания кукурузы и ячменя при разных приемах обработки почвы 3028.2. Энергетическая и экономическая оценка возделывания кормовой свеклы при разных способах посева и приемахборьбы с сорняками 306^ Глава 9. Научно-практические аспекты разработки моделей совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ладшафтном земледелии 311Выводы 316Предложения производству 323Список литературы 325Приложения 380Введение ВВЕДЕНИЕВажнейшей задачей современного сельскохозяйственного производства является удовлетворение потребностей населения страны отечественными недорогими и одновременно качественными продуктами питания, а промышленности — сельскохозяйственным сырьем. В адаптивно-ландшафтном земледелии решение этой задачи связано с переходом на ресурсосберегающие экологически обоснованные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, обеспечивающие высокую продуктивность пашни, повышение почвенного плодородия, существенную экономию энергетических и трудовых ресурсов, производство конкурентоспособной продукции.Как известно, механическая обработка является одним из наиболее энергоемких, интенсивно воздействующих на почву технологических приемов в системе земледелия. В этой связи возникает необходимость поиска более эффективных с экологической точки зрения приемов основной обработки почвы при возделывании зерновых и пропашных культур. Недостаточно изучена агроэкологическая эффективность систем минимальной обработки почвы, включающих поверхностное рыхление, чизелевание, плоскорезную обработку и безотвальную вспашку и другие приемы обработки.Многочисленными исследованиями как в нашей стране, так и за рубежом показано, что применение ресурсосберегающих технологий обработки почв благоприятно сказывается на влагообеспеченности сельскохозяйственных культур не только в начале их роста и развития, но и в последующий период вегетации. Кроме того, они позволяют сохранять органическое вещество почвы и улучшать ее воздушный режим. Причем в этом случае повышение твердости и плотности почвы в нижней части пахотного слоя, как правило, не достигают критических пределов, которые могли бы привести к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур. Однако, несмотря на имеющиеся результаты исследований по применению ресурсосберегающихтехнологий до настоящего времени не разработаны практические рекомендации с учетом адаптивно-ландшафтной методологии для различных почвенно-климатических условий. Недостаточно изучена реакция отдельных сельскохозяйственных культур на разные по интенсивности и характеру воздействия на почву приемы обработки при их многолетнем применении. В частности, мало работ касающихся влияния перспективных приемов основной обработки почвы на формирование отдельных органов растений, особенно их корневых систем, и качество конечной продукции. С этих позиций, всестороннее изучение характера изменения водного и воздушного режимов, агрофизических и агрохимических свойств почвы, продуктивности сельскохозяйственных культур при совершенствовании технологических приемов возделывания в зональном аспекте представляют несомненную научную и практическую значимость для развития современного адаптивно-ландшафтного земледелия.Как известно, в Нечерноземной зоне и целом ряде других регионов страны кормовая свекла является одним из основных источников углеводов в рационе кормления животных. Основной причиной низкой продуктивности кормовой свеклы, как правило, является сильная засоренность посевов, особенно на ранних стадиях роста и развития культуры. Практика современного земледелия свидетельствует о необходимости использования в борьбе с сорными растениями как традиционных, так и альтернативных методов. Применение гербицидов, несомненно, относится к эффективным средствам борьбы с сорной растительностью, однако их широкомасштабное внедрение связано с определенными экологическими проблемами: токсичность для теплокровных животных и человека, полезной флоры и фауны; способность вызывать нежелательные последствия, приводящие к загрязнению окружающей среды и ухудшению экологических условий для жизни человека.Одним из важных направлений снижения опасности химического метода борьбы с сорной растительностью и повышению его эффективности яв-ляется совершенствование способов их внесения. Другой путь снижения последействия гербицидов - введение экологического биоценотического принципа в стратегию и тактику всех приемов по предотвращению потерь урожая от сорняков. Сущность такого принципа в отношении использования гербицидов должна заключаться в том, что их необходимо применять лишь тогда, когда они наиболее необходимы и целесообразны как в экономическом, так и в экологическом отношении.Следует также отметить, что за последние годы произошло резкое сокращение производства и применения гербицидов, значительно повысилась их стоимость, поэтому особое значение в борьбе с сорной растительностью на посевах кормовой свеклы и других культур должно быть уделено новым альтернативным приемам.Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой работ РАСХН по научно-техническим заданиям Т. 12.5 «Разработка адаптивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур» и 0.сх.31 «Усовершенствовать зональные системы обработки почвы и разработать способы ее минимализации», включена в план научных исследований кафедры технологии производства продукции растениеводства Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина, и зарегистрирована при Департаменте кадровой политики и образования Министерства сельского хозяйства Российской Федерации (№ 160-32-1а от 11.02.93 г.).Целью исследований была разработка научных и практических основ совершенствования технологических приемов и технологий возделывания зерновых и пропашных культур в земледелии Центрального района Нечерноземной зоны России. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:- разработать новые методологические и методические положения моделирования условий корнеобитаемой среды и формирования корневых систем зерновых и пропашных культур;- обосновать основные принципы совершенствования систем обработки почвы в адаптивно-ландшафтном земледелии;- изучить агротехнические, экологические и ценотические особенности регулирующего воздействия элементов системы земледелия и их сочетаний на изменение количественных и качественных параметров сорного компонента агрофитоценоза;- определить влияние разных по интенсивности и характеру воздействия на почву систем обработки на рост и развитие корневых систем зерновых и пропашных культур;- изучить влияние элементов системы земледелия и их сочетаний на агрофизические, агрохимические и биологические показатели плодородия дерново-подзолистой почвы;- установить особенности роста и развития зерновых и пропашных культур в зависимости от обработки почвы, способа посева и приемов борьбы с сорняками;- определить агроэкологическую эффективность снижения доз почвенных гербицидов в сочетании с подгребневым способом посева кормовой свеклы;- разработать научные и практические основы безгербицидной технологии возделывания кормовой свеклы;- разработать и научно обосновать концептуальную модель совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии;- разработать практические предложения для АПК Нечерноземной зоны по совершенствованию технологических приемов и возделывания сельскохозяйственных культур;- дать агротехническую, экономическую и энергетическую оценку эффективности совершенствования технологических приемов возделывания зерновых и пропашных культур.10В результате многолетних (1985-2002 гг.) исследований разработаны новые теоретические подходы к совершенствованию основной обработки почвы на основе моделирования условий корнеобитаемой среды и формирования корневых систем зерновых и пропашных культур с учетом динамического изменения агрофизических, агрохимических и биологических показателей плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы. Разработаны и научно обоснованы ресурсосберегающие приемы основной обработки почвы в плодосменном севообороте, в основе которых заложены принципы почвозащитной направленности, экологической адаптивности, минимализа-ции, ресурсосбережения, разноглубинности и рационального чередования отвальных и безотвальных приемов обработки. Получены новые экспериментальные данные о влиянии приемов основной обработки почвы на интенсивность формирования надземных и подземных органов растений, а также на продуктивность посевов зерновых и пропашных культур в полевых севооборотах. Разработаны новые технологические приемы регулирования фитосанитарного состояния агроценозов полевых культур, изучено влияние разных способов основной обработки почвы на показатели качества сельскохозяйственной продукции.Впервые предложен способ определения максимального гидростатического давления, развиваемого клетками корня и надземной частью проростка в начальный период прорастания семян (Авт. св. № 1510743 от 30.09.89 г.). Разработаны новые технологические приемы возделывания кормовой свеклы без применения гербицидов, на основе подгребневого способа посева, позволяющие существенно повысить агроэкологическую и экономическую эффективность при возделывании этой культуры.Разработанные технологические приемы основной обработки почвы с учетом биологических особенностей возделываемой культуры, характера развития корневой системы, фитосанитарного состояния посевов и способов воспроизводства плодородия, обеспечивают в условиях Нечерноземной зо-11ны при внесении расчетных доз удобрений получение стабильных урожаев зерна ячменя - 3,5-4,0 т/га и зеленой массы кукурузы - 60-65 т/га.При возделывании кормовой свеклы выявлены экологически безопасные агротехнические способы борьбы с сорной растительностью на ее посевах в начальный, наиболее уязвимый период роста и развития этой культуры, с помощью формирования гребней над рядком семян при посеве; обоснована высота гребней, а также сроки и способы их выравнивания. Данная технология позволяет гарантированно получать урожаи корнеплодов 45-55 т/га с высокой экономической и энергетической эффективностью.Автор выражает искреннюю признательность научному консультанту, члену-корреспонденту РАСХН А.В. Захаренко за большую помощь при подготовке диссертации, члену-корреспонденту РАСХН, профессору Н.Н. Третьякову за постоянную поддержку и помощь при выполнении настоящей работы. Автор искренне благодарен доктору сельскохозяйственных наук, профессору И.П. Фирсову, доктору сельскохозяйственных наук, профессору A.M. Соловьеву, кандидату сельскохозяйственных наук СП. Ступину, кандидату экономических наук С.Я. Полянскому и другим коллегам за большую помощь, ценные советы, замечания и пожелания при проведении исследований и подготовке диссертации.12Глава 1. НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ^ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ НЕЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ РОССИИ(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)1.1. Роль севооборота и удобрений в воспроизводстве почвенного плодородияВ современном адаптивно-ландшафтном земледелии важную роль в стабилизации экологического потенциала агроландшафтов играют севообороты. Рациональные севообороты обеспечивают лучшее использование почвенной влаги, в значительной степени предотвращают отрицательное действие засухи и эрозии почвы, эффективно регулируют фитосанитарный потенциал агроценозов, позволяют оптимизировать систему обработки почвы и применение удобрений.Необходимость чередования сельскохозяйственных культур установлена многовековой практикой отечественного и зарубежного земледелия, так как возделывание одних и тех же культур на постоянных участках приводит к резкому снижению урожайности. Это подтверждается экспериментальными данными длительных опытов с севооборотами и бессменными культурами (Рассел Э., 1955; Доспехов Б.А. и др., 1975; Воробьев С.А., 1979, 1982, 1983; Воробьев С.А. и др., 1970, 1973, 1976, 1977, 1984; Лошаков ВТ., 1988; Bartels D., 1927; Robbins W., 1968; Wicke Y., Urban G., 1977; Skruda M.et al., 1977; BehringerP., 1977).Большое значение севообороту в борьбе с сорняками и повышении урожайности сельскохозяйственных культур придавал Д.Н. Прянишников (1945). Он подчеркивал важную роль чередования озимых и яровых культур, а также введение в севооборот пропашных культур и многолетних трав. Вместе с системой удобрений, рациональной обработкой почвы и другими агро-13техническими мероприятиями севооборот призван обеспечить стабильное, а на почвах низкого плодородия - возрастающее содержание гумуса и питательных веществ в почве.Главными причинами снижения урожаев полевых культур в бессменных посевах являются поражение растений болезнями, вредителями и резкое увеличение засоренности посевов. В условиях интенсивного земледелия заметно возрастает фитосанитарная роль севооборота. Научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур и пара способствует очищению посевов и уменьшению запасов семян сорняков в почве (Доспехов Б.А., 1975; Воробьев С.А., 1979, 1982)На опытных полях в г. Галле (Германия) засоренность бессменных посевов озимой ржи составила в среднем 490 шт./м2 метлицы полевой и 236 шт./м2 ромашки непахучей. Введение севооборота снизило засоренность по-севов метлицей до 6 шт./м и слабо отразилось на засоренности ромашкой. В бессменных посевах озимой пшеницы насчитывалось 104-133 шт./м2 сорня-ков, ячменя - 108-158 шт./м . Введение плодосменного севооборота снизило засоренность посевов озимой пшеницы до 64-66 шт./м2, а ячменя до 32-81 шт./м2 (Karch К., Hintsche E., 1976).По результатам опытов, проведенным в Чехии, установлено, что засоренность посевов при 4-6-летнем повторном выращивании зерновых колосовых культур возрастает до 300—440 шт./м2, что почти в 10 раз выше по сравнению с уровнем засоренности этих культур в плодосменном севообороте (SkrudaM. etal., 1977).В опытах ТСХА средняя засоренность посевов ячменя составила 199 шт./м , посевов озимой пшеницы — 344 шт./м2. Более высокая засоренность посевов озимой пшеницы обуславливалась преобладанием в структуре сорного компонента зимующих сорняков - трехреберника непахучего, дивалы однолетней, фиалки полевой и ярового сорняка сушеницы топяной. Масса многолетних сорняков в посевах ячменя в севообороте в среднем составила1450%, а в бессменных посевах 75% от общей надземной массы сорняков. Из многолетних видов в бессменных посевах преобладали осот полевой и хвощ полевой (Воробьев С.А. и др., 1973).Под действием бессменного возделывания полевых культур в видовом составе малолетних и многолетних сорняков отмечены значительные изменения. Появились и получили распространение в посевах озимой пшеницы метлица обыкновенная, пастушья сумка, сушеница топяная, торичник полевой и чистец болотный; в посадках картофеля — звездчатка средняя, пастушья сумка и одуванчик лекарственный (Смирнов Б.А. и др., 1978).Влияние сельскохозяйственных культур на сорную растительность определяется главным образом двумя основными факторами: способностью самой культуры подавлять сорняки и механическими обработками почвы при ее возделывании. С.А. Воробьев (1982) выделяет три группы полевых культур по способности регулирующего воздействия на сорняки: 1-е высокой конкурентной способностью (озимые зерновые, конопля, многолетние травы и др.); 2 - со средней (ячмень, подсолнечник, овес, кукуруза, люпин и др.); 3 - со слабой конкурентной способностью (яровая пшеница, просо, лен, картофель, сахарная свекла и др.). При повторных посевах культур третьей группы засоренность заметно возрастает. В бессменных посевах зерновых по сравнению с севооборотом отмечается увеличение потенциальной засоренности почвы семенами сорняков, расширение их видового состава за счет распространения специализированных видов сорняков (Доспехов Б.А., 1967; Смирнов Б.А. и др., 1978).В ряде случаев большое значение приобретает определение агрономически и экономически обоснованного увеличения в структуре севооборота отдельных культур, которые определяют специализацию хозяйства, с целью получения более высоких валовых сборов основной продукции.Экспериментальные данные свидетельствуют об опасности увеличения численности сорных растений в специализированных севооборотах при по-15вторном выращивании полевых культур, что в целом ряде случаев приводит к заметному снижению урожаев. В севооборотах зернового направления распространение получают многолетние корневищные, корнеотпрысковые и другие специализированные виды сорняков (Витер А.Ф., Черенков В.В., 1983; Смирнов Б.А., 1988; Пыхтин И.Г. и др., 1995).Однако, несмотря на отрицательные последствия насыщения севооборотов однотипными по биологии и агротехнике культурами, особенно зерновыми, тенденция к узкой специализации севооборотов и монокультурному земледелию во многих странах сохраняет свое значение. Так, обобщенные данные ФАО за последние 20 лет свидетельствуют, что во многих европейских странах происходит заметное увеличение доли зерновых культур в структуре посевных площадей, а в Чехии, Великобритании и Франции она достигла 54% от общей площади пашни (Fred. Yearbook, 1993).При высоком уровне агротехники, использовании удобрений и пестицидов удается получать высокие урожаи зерновых культур при насыщении ими севооборотов до 75%, и даже выше. Как показали результаты многолетних опытов с севооборотами и бессменными культурами, насыщение зерновыми культурами до 100% при низком уровне химизации приводит к резкому снижению продуктивности растений уже на 3-4 год. При интенсивном удобрении, рациональной системе обработки почвы и применении высокоэффективных пестицидов продуктивность специализированных зерновых севооборотов не уступала уровню продуктивности плодосмена (Воробьев С.А., Четверня A.M., 1974; Доспехов Б.А., 1975; Debruck Т., Range W., 1969; Behringer P., 1977).Выбор оптимального соотношения культур в севообороте целесообразно определять с учетом влияния факторов интенсификации земледелия на засоренность посевов и урожайность полевых культур.Значительное влияние на воспроизводство органического вещества дерново-подзолистых почв оказывают возделываемые в севообороте культу-16ры, то есть вид севооборота. Исследования В.И. Матвеевой (1976) показывают, что при производстве зерна на дерново-подзолистой почве легкого гранулометрического состава ежегодно в почву может поступать 20 ц растительных остатков на 1 га, при возделывании картофеля - только 13 ц, то есть по мере увеличения в севообороте доли пропашных культур, особенно сахарной свеклы, картофеля и других корнеплодов, среднегодовое количество поступающих в почву растительных остатков уменьшается. Напротив, увеличение площади под многолетними травами, озимыми зерновыми культурами повышает эту величину. В опытах Московской сельскохозяйственной академии имени К.А. Тимирязева на дерново-слабоподзолистых суглинках Московской области среднегодовое поступление в пахотный слой почвы растительных остатков составило в плодосменном четырехполье с одним полем пропашных культур 29,7 ц/га, в зернопропашном с двумя полями пропашных - 22,9 и в пропашном - 16,8 ц/га (Воробьев С.А., 1979).По действию на запасы органического вещества почвы A.M. Лыков (1976) условно объединяет полевые культуры в три группы. К первой группе относят растения, корневые и пожнивные остатки которых накапливают большое количество органического вещества в почве. Таковыми являются многолетние травы. Во вторую группу объединяются растения, оставляющие после себя меньше растительных остатков, в сравнении с многолетними травами. К ним следует отнести зерновые и зернобобовые культуры. Из этих культур наибольшее количество органических остатков накапливают озимые зерновые. Третью группу составляют пропашные культуры интенсивного типа.О том, какой процент площади в севообороте должны занимать многолетние травы, имеются разные мнения. A.M. Лыков (1982) считает, что при 40% многолетних трав (клевера) в структуре посевных площадей и отсутствии пропашных культур создаются условия положительного гумусового баланса даже без применения удобрений. Л.М. Дороговцева (1983) отмечает17увеличение содержания органического вещества в севообороте с 50% насыщением многолетними травами.Резкое уменьшение запасов гумуса происходит при наличии чистых паров в севооборотах, присутствие которых ведет к высокой минерализации органического вещества. Особенно это заметно в опытах с «вечным» паром, где содержание органического углерода уменьшается до 0,5% на дерново-подзолистой почве (Боинчан Б.П., 1982; Полин В.Д., 1995).Более интенсивно убыль гумуса происходит при длительном бессменном посеве. На сорок первый год потери гумуса превысили 44%, или на 56,7 т/га его валовых запасов по отношению к исходному содержанию (Дембиц-кий М.Ф., Босак В.Н., 1999).Многочисленными исследованиями установлено, что применение удобрений (особенно органических) обеспечивает повышение количества и улучшение качественного состава гумуса (Дороговцева Л.М., 1983).При интенсивном использовании даже мощных черноземов без удобрений в почве сокращаются запасы гумуса. Н.И. Листопадов (1980) приводит следующий расчет накопления гумуса в весовом выражении на единицу площади в зависимости от севооборота и фона удобрений: в севообороте с 10% чистого пара без внесения удобрений на каждом гектаре запасы гумуса уменьшаются на 7-8 т, при внесении удобрений практически остаются без изменения на обычном фоне (за ротацию - 70 т навоза + N240-280P280-320K40), на повышенном - (за ротацию - 40 т навоза + N460-500P480-520K80) повышаются на 4-4,5 т. Введение в зернопропашной севооборот многолетних трав в наибольшей степени обогащает почву азотом. В целом за ротацию здесь при отсутствии удобрения почти в 2 раза меньше теряется гумуса, чем в других севооборотах, и больше накапливается его как на обычном, так и на повышенном фонах.Исследованиями ученых Чехословакии показано, что в почве (в среднем, ц/га) остается следующее количество органического вещества: послеСписок литературы