Агрофизические и агрохимические параметры плодородия почв при ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур Западно-Казахстанской области

Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана Факультет Агробизнеса и экологии МАГИСТРАТУРА Диссертация магистранта на тему: «Агрофизические и агрохимические параметры плодородия почв при ресурсосберегающих технологиях возделывания зерновых культур Западно-Казахстанской области»

Научный руководитель:

Вьюрков В.В.

Выполнил:

Жумин Б.М.

г. Уральск-2008 год

Содержание Введение

1. Обзор литературы

2. Место и условия проведения исследований

2.1 Общие сведения о хозяйстве

2.2 Климат

2.3 Почва

3. Программа и методика исследований

3.1 Учеты и наблюдения в опытах

4. Результаты исследований

4.1 Метеорологические условия в годы проведения исследований

4.2 Плотность почвы

4.3 Водный режим почвы

4.4 Пищевой режим

4.5 Засоренность посевов

4.6 Урожайность

4.7 Экономическая эффективность Заключение Список использованных источников

Введение

Одним из основных показателей экономики республики, ее независимости и самостоятельности всегда было и остается производство зерна. Для производства зерна Казахстан располагает уникальными природными условиями, которые обеспечивают возможность возделывания здесь сильных и твердых сортов пшеницы с высоким технологическим качеством. Одним из таких регионов республики является Западно-Казахстанская область.

В связи с непрерывным ростом цен на топливо, сельскохозяйственную технику, удобрения, средства защиты растений, удорожание различных услуг растет себестоимость продукции, снижается рентабельность сельскохозяйственного производства.

Одним из путей, смягчающих остроту этой проблемы, является переход от традиционных к менее затратным, ресурсосберегающим технологиям, основанным на минимальных приемах обработки почвы с использованием комбинированных сельскохозяйственных машин и орудий.

Эффективность земледелия определяется уровнем применяемых технологий. В новых экономических условиях исключение высокозатратных и энергоемких операций на основе ресурсосбережений обеспечивает устойчивость и увеличение объемов производства сельскохозяйственной продукции с одновременным сохранением и расширением воспроизводства плодородия почвы.

В последние годы сформировалось новое поколение современных технологий возделывания зерновых культур, основанных на ресурсосбережении, экологической безопасности и высокой экономической эффективности.

Переход на новые технологии предусматривает:

— рациональное использование всех природных ресурсов;

— строгую увязку факторов интенсификации с принципами природоохранного земледелия;

— широкое использование биологических приемов повышения плодородия почв.

Новизна исследований.

Впервые на темно каштановых почвах сухостепной зоны Западного Казахстана разрабатываются основные элементы новой ресурсосберегающей технологии возделывания яровой пшеницы обеспечивающие высокую эффективность ее производства.

Применение экологически безопасных средств защиты растений от сорняков, вредителей и болезней на фоне минимальной и нулевой обработки почвы, а также способы прямого посева позволяет более эффективно использовать природно-климатический потенциал региона в получении высококачественного зерна обладающего высокой конкурентоспособностью.

Научная и практическая значимость исследований состоит в том, что впервые на темно-каштановых почвах Западного Казахстана будет разрабатываться принципиально новая, адаптивная к местным природно-климатическим условиям технология возделывания яровой пшеницы (минимализация обработки почвы, применение высокопродуктивных конкурентоспособных сортов яровой пшеницы с использованием современной техники. Эффективное использование минеральных и органических (солома) удобрений, комплексная защита растений от сорняков, вредителей и болезней, позволит существенно снизить энерго-ресурсозатраты при производстве зерна, стабилизирует и повысит содержание почвенного плодородия, сделает экономически рентабельной эффективность производства зерна в регионе.

Цель исследований:

Оценить влияние ресурсосберегающих технологий возделывания зерновых культур на агрофизические и агрохимические факторы плодородия почв в агроклиматических условиях Западного Казахстана.

Основные задачи:

— изучить агрофизические показатели почвы для оценки накопления, сохранения и использования почвенной влаги по различным приемам основной обработки почвы;

— изучить агрохимические показатели почвы для оценки накопления азота, фосфора на фоне различных приемов основной обработки почвы.

Объекты исследования Исследования проводятся на базе РГКП «Уральская сельскохозяйственная опытная станция» Западно-Казахстанской области в стационарных опытах отдела земледелия и производственных полях станции.

1. Обзор литературы В условиях суверенности Республики Казахстан неотъемлемой частью построения эффективно действующей рыночной экономики является продовольственная безопасность страны (Назарбаев Н.А., 1997, 1999). Одним из основных показателей экономики республики, её независимости и самостоятельности всегда было и остается производство зерна. Для производства зерна Казахстан располагает уникальными природными условиями, которые обеспечивают возможность возделывания здесь сильных и твердых сортов пшеницы с высоким технологическим качеством.

Обработка почвы является важнейшим агротехническим мероприятием в земледелии, как по энергоемкости, так и по влиянию на ее плодородие и урожайность возделываемых культур.

Общей научной основой обработки почвы служат известные законы земледелия — законы максимума и взаимообусловленного действия факторов жизни растений. По закону максимума все системы обработки почвы в засушливых районах должны быть направлены в первую очередь на улучшение ее водно-физических свойств для максимального накопления и сбережения выпадающих осадков. Согласно второму закону, все приемы обработки, способствующие улучшению водно-физических свойств, одновременно положительно влияет на ее пищевой режим, через усиление микробиологических процессов и на очищение от сорняков, что в конечном итоге обуславливает более производительное использование имеющихся ограниченных запасов почвенной влаги культурными растениями.

Представленные задачи и их успешное решение в засушливых условиях региона определяют почвозащитную водои ресурсосберегающую направленность местных систем обработки почвы. Они слагаются из сочетаний различных агротехнических приемов, технология воздействия которых на плодородие почвы сводится к немногочисленным операциям. Среди них наибольшее значение имеют рыхление (крушение) оборачивание, выравнивание, уплотнение (прикатывание), подрезание сорняков. Особое значение принадлежит сохранение стерни и других пожнивных остатков на поверхности почвы для защиты ее от эрозии и задержания снега (Нарциссов, 1976).

Большой вклад в развитие научных основ обработки почвы для засушливых районов сделали академики Т. С. Мальцев и А. И. Бараев, положившие начало массовому освоению бесплужных систем обработки почвы в засушливых районах страны.

Научными учреждениями накоплено большое количество данных, освещающих данную проблему. Правильно сформированные системы обработки в севооборотах должны обеспечить оптимальные агрофизические, агрохимические и биологические свойства. Особое внимание в последние годы уделяется вопросам минимализации обработки почвы под зерновые культуры.

По данным научных учреждений оптимальная плотность почвы для яровой пшеницы на обыкновенных черноземах составляет от 1,0 до 1,2 г/см³, на пожнивных черноземах и темно-каштановых почвах — от 1,2 до 1,3 г/см³. При рыхлом сложении (0,9 г/см³) и очень плотном (1,5 г/см³) урожайность яровой пшеницы снижается (1, 2, 3).

По наблюдениям, выполненным В. А. Корчагиным (4) благоприятное развитие яровой пшеницы во все годы отмечено на обыкновенном черноземе в довольно большом интервале плотности от 1,1 до 1,3 г/см³. Снижение урожая зерна отмечено только при крайних значениях плотности 0,9−1,4 г/см³.

В зависимости от механического состава почвы черноземные почвы имеют равновесную плотность пахотного слоя от 1,0 до 1,3 г/см³. В более глубоких слоях, где нет хорошо выраженной структуры, объемная масса достигает 1,5−2,0 г/см³.

Совпадение оптимальной и ровновесной плотности почвы, имеющее место, как на черноземных, так и темно-каштановых почвах позволяют судить о возможности минимализации обработки почвы замены глубоких обработок мелкими.

Регулирование сложения почвы также обеспечивается сокращением непродуктивного испарения влаги, что в условиях засушливого климата приобретает особое значение.

По исследованиям, проведенными Д. И. Буровым (2) и Г. И. Казаковым (3) наиболее благоприятное строение пахотного слоя отмечается при соотношении капиллярных промежутков к некапиллярным в пределах 1:1,5−2 при общей скважности почвы 60−65%. Для снижения потерь воды на испарение важно также, чтобы верхний слой почвы состоял в основном из механических комочков размером 0,25−3 мм.

Благоприятные условия для сокращения потерь влаги на испарение создаются когда верхний мульчирующий слой почвы глубиной до 10 см представлен в основном комочками размером от 0,25 до 10 мм имеет плотность в пределах 0,93−1,04 г/см³, общую породность 60−62%. Нижняя часть пахотного слоя должна иметь плотность 1,18−1,20 г/см³, твердость 11−13 г/см², общую пористость 51−54% (3).

Придать пахотному слою почвы такие агрофизические параметры можно различными приемами обработки почвы или их исключением, особенно если ровновесные (естественные) агрофизические показатели ниже или совпадают с оптимальными.

По данным НИИСХ Юго-Востока (5) потери воды на испарения с поверхности почвы за теплое время года составляет около 170 мм или 44% от годовой суммы осадков. Выделяют три стадии испарения (6). При высокой влажности почвы (от полного насыщения до капиллярной влагоемкости) скорость испарения влаги часто бывает больше, чем испарение с открытой водной поверхности. В этой стадии скорость испарения постоянна, мало зависит от физических свойств почвы и определяется метеорологическими условиями.

По мере высыхания почвы в капиллярах появляются пузырьки воздуха в связи с чем резко уменьшается подвижность воды и наступает вторая стадия высыхания при которой влага в почве передвигается в основном диффузноконвекционным и пленочно-менисковым способом. Основными факторами, определяющими скорость испарения становится влажность почвы и ее физическое состояние (структурные качества и плотность).

Третья стадия наступает, когда влажность почвы становится очень низкой (равной максимальной гигроскопичности). В этом случае вода передвигается медленно только в парообразном состоянии и недоступна для большинства сельскохозяйственных культур.

Таким образом, для установления оптимальной глубины обработки важно располагать данными по разнице между фактическими и оптимальными величинами плотности, твердости, общей породности, аэрации и водопроницаемости пахотного слоя. Если параметры этих показателей почвы, находящейся в естественном состоянии совпадают с требованиями возделываемых культур, то глубина ее обработки может быть минимальной, а на чистых от сорняков полях или применением высокоэффективных гербицидов механическая обработка с осени при таких условиях вообще может не проводиться. Представляется возможность осуществлять технологию прямого посева или посев с локальным рыхлением почвы в зоне рядка (7, 8).

При подборе основной и поверхностной обработки почвы в летне-осенний и весенне-летний периоды следует учитывать, что наиболее предпочтительно в целях сохранения влаги выровненное мелкокомковатое состояние. Глыбистая и пылеватая поверхности резко увеличивают потери влаги почвой. Глыбистая поверхность почвы также способствует увеличению испарения влаги. В периоды интенсивного испарения влаги из почвы, предпочтительно уплотненное (естественное) сложение пахотного слоя.

Реализация этих принципов, направленных на накопление и сохранение влаги в летний послеуборочный период в наибольшей степени могут обеспечить мелкие обработки почвы, дополняемые глубоким рыхлением без оборота пласта во второй половине осени. В весенне-летний период наилучшее сохранение и рациональное использование влаги достигается созданием мелкокомковатого поверхностного слоя, сокращением количества и глубины рыхления, совмещением технологических операций при работе одним агрегатом.

В условиях высокой интенсификации земледелия минерализация гумуса достигает от 0,5 до 2 т/га в год. Сокращение количества гумуса в почвах происходит почти повсеместно (9). Исключение составляют районы и хозяйства, где применяются высокие дозы органических удобрений и полевое травосеяние.

Обработка почвы изменяет условия жизнедеятельности микроорганизмов и оказывает существенное влияние на синтез и разрушение органического вещества.

Меньшие потери гумуса при безотвальных и особенно мелких обработках объясняются более плотным сложением пахотного слоя, большей подавленностью биологических процессов.

Глубокие обработки почвы с оборотом пласта, повышая ее аэрацию способствуют увеличению потерь гумуса по сравнению с мелкими обработками. Для поддержания бездефицитного баланса при мелких обработках потребуется меньше вносить органических удобрений, чем на вспашке и комбинированной обработке (при сочетании рыхления и вспашки).

Так как в синтезе гумуса участвует большая группа микроорганизмов (как аэробных, так и анаэробных) то можно полагать об одинаковой возможности этого процесса, как при постоянной отвальной, так и безотвальной обработках.

Широкое применение в севооборотах безотвальной и мелкой обработок не исключают необходимости заботиться о накоплении гумуса другими средствами. Так, при постоянной отвальной вспашке дефицит гумуса составляет 4,9 т/га, при комбинированной — 5,1, по мелкой плоскорезной обработке и мелкой обработке дисками — 4,6 т/га.

По многолетним данным Ульяновского НИИСХ содержание гумуса после завершения первой ротации севооборота оказалось практически одинаковым по всем способам обработки почвы — от 7,4 до 7,5% (10).

В последние годы выявлена высокая эффективность регулирования баланса органического вещества путем сочетания минимальных обработок с использованием на удобрение измельченной соломы и сидератов (7, 11).

По данным научных учреждений европейской части России и исследованиях сопредельных государств установлено, что в большинстве случаев при отсутствии целенаправленных мер борьбы с сорняками при безотвальных и минимальных обработках возрастает засоренность посевов. Поэтому при внедрении таких обработок необходимо предусматривать комплекс эффективных агротехнических и химических мер борьбы с сорняками, вводить полевые севообороты с чистыми парами (преимущественно короткой ротации) (12, 13).

Наибольшие запасы семян сорняков при безотвальной обработке отмечаются в верхнем слое почвы. Однако количество семян сорняков при такой обработке в нижних слоях снижается. При длительном постоянном применении плоскорезных обработок или обработок дисковыми орудиями количество жизнеспособных семян сорняков в слое 10−20 см уменьшалась по сравнению со вспашкой на 48−50%, а в слое 20−30 см — на 68−70%.

По вспашке семена равномерно распределяются по всему пахотному слою. Уменьшение засоренности нижних слоев почвы при безотвальных обработках особенно при отсутствии осенних механических обработок способствует снижению количества жизнеспособных семян в слое 0−30 см по сравнению со вспашкой на 39−50%.

По этой причине представляется возможность при применении в течение 3−4 лет непрерывной безотвальной обработки в специальных звеньях севооборотов (пар — озимые — поздние яровые культуры) резко снизить засоренность посевов овсюгом и уменьшить потенциальные запасы его семян в почве.

По данным В. П. Васильева и Н. В. Светкиной (14) при минимальных обработках паров в почве проросло и уничтожено на 25−30% больше сорняков, чем по вспашке.

Снижению засоренности посевов в севооборотах с безотвальными и минимальными обработками почвы способствует периодическая вспашка.

Наиболее эффективна в борьбе с сорняками в зернопаропропашных звеньях севооборотов и в севооборотах без чистых паров разноглубинная отвальная обработка почвы, при которой значительная часть семян, погребенных в глубокие слои почвы, теряют всхожесть только в сухой степи в зернопаровых звеньях севооборотов равные результаты в борьбе с сорняками из-за слабого их развития в засушливые годы достигаются и при безотвальных и минимальных обработках. В более влажных регионах возникает необходимость при безотвальных обработках предусматривать специальные комплексы мер борьбы с сорняками.

В комплексе почвозащитных мероприятий важное место отводится приемам обработки почвы на склонах. Важным приемом, сокращающим сток вод является глубокая обработка почвы поперек склона. Она способна уменьшить коэффициент стока по сравнению с необработанной почвой в 3 и более раза.

Однако зяблевая обработка почвы поперек склона не в состоянии эффективно и устойчиво регулировать сток, особенно на тяжелых по механическому составу почвах.

В каждый третий год на зяби отмечается ежегодный сток величиной 24−28 мм.

Формированию повышенного стока по зяблевой обработке способствует высокое осеннее увлажнение и последующее глубокое промерзание почвы. Особенно опасны глубокие зимние-весенние оттепели, приводящие при возврате холодов к промерзанию почвы более чем на 40−50 см и образованию водонепроницаемого экрана на поверхности поля. Причем вероятность таких лет довольно высокая.

Способы обработки в зависимости от складывающихся условий оказывают разное влияние на величину стока. При глубоких оттепелях и последующих холодов совершенно не эффективными оказались способы обработки с устройством временных емкостей (лунок, перемычек и др.). Более того, в такие годы они увеличивали сток талых вод по сравнению с обычной вспашкой на 20−30% (15).

Плоскорезная обработка сокращает по сравнению со вспашкой смыв почвы, но увеличивает сток талых вод в многоводные годы и в малоснежные зимы, особенно при образовании притертой ледяной корки на поверхности почвы.

Значительно улучшается водопроницаемость почвы на склонах весной при гребнекулисном способе обработки почвы (16). Стерня и пожнивные остатки размещаются при этом способе в виде плотных стерневых кулис на поверхности поля и водопоглащающих элементов в почве. У противоэрозионного плуга со стернеукладчиком имеются специально поставленные плоские диски, которые подрезают и собирают стерню в кулису. Такая обработка может выполняться не только на базе плуга, но и плоскореза. Гребнекулисная обработка сокращает смыв почвы на 30−50% и повышает урожай на 1,5−1,6 ц/га.

В целом в зоне действия водной эрозии способы обработки должны применяться в строгом соответствии с крутизной склона и степенью эродированности почвы. На склонах крутизной до 3^о со слабоэродированными почвами рекомендуется глубокая вспашка поперек склона, вспашка плугами с почвоуглубителями, глубокое рыхление. На более крутых склонах предполагается глубокая вспашка с почвоуглублением, глубокое безотвальное рыхление.

Важной мерой предотвращения водной и ветровой эрозии является мульчирование поля пожнивными соломистыми остатками с использованием стерни и излишков соломы. Ориентировочно количество послеуборочных остатков, необходимых на поверхности поля для защиты от ветровой эрозии составляет на супесях — 1420 кг/га, на легких и карбонатных суглинках — 1120, суглинках — 784 кг. На преобладающих средних по механическому составу почвы для защиты от водной эрозии при крутизне склона до 4^о необходимо от 846 до 1340 кг послеуборочных остатков, от 4^о до 8^о — от 1340 до 1680 кг/га.

В наибольшей степени сохраняют стерню и соломистые остатки на поверхности поля безотвальные орудия (плоскорезы, плуги параплау, чизели, игольчатые бороны, противоэрозионные культиваторы).

При значительном количестве органических остатков они выполняют водопоглотительную роль и при мелкой их заделке в почву.

Темно-каштановые почвы Казахстана обладают благоприятными агрофизическими свойствами, позволяющими широко применять энерго-ресурсосберегающие приемы обработки почвы при переходе на современные технологии.

В научных учреждениях накоплено значительное количество данных, свидетельствующих о возможности эффективного применения экономных способов обработки почвы под яровую пшеницу (17, 18, 19).

Положительные результаты от минимально-плоскорезных обработок получены в степных районах Южного Урала (20). Применение этих обработок в зернопаровых севооборотах с короткой ротацией обеспечило рост урожайности при резком сокращении затрат. В среднем за 1979;1983 гг. урожайность яровой пшеницы в четырехпольном зернопаровом севообороте первой культурой по пару составило по вспашке 15,2 по минимальной обработке 15,9 ц/га, на повторных посевах соответственно 9,3 и 13,2 ц/га. В целом по севообороту урожайность зерновых при минимальной системе обработки почвы составила 14,6 ц/га, а по ежегодной вспашке — 11,8 ц/га (рост 17,5%). На возможность применения минимальной основной обработки под яровую пшеницу в зоне южных и обыкновенных черноземов Оренбургской области указывает Н. А. Максютов (21), для условий Самарской области В. А. Корчагин (22), для условий Северного Казахстана В. И. Двуреченский (8), для условий Западного Казахстана С. Г. Чекалин (23).

Минимальная обработка в севооборотах позволяет улучшать структурно-агрегатный состав почвы, обеспечивает оптимальные агрофизические свойства.

Полученные данные с полным основанием позволяют рекомендовать в полевых севооборотах степных регионов ресурсосберегающие системы обработки почвы. Полученные данные дают основание судить об общей закономерности — возможности получения одинакового урожая яровой пшеницы по минимальной обработке и вспашке. При переходе к ресурсосберегающим технологиям с минимальными обработками почвы под яровую пшеницу следует учитывать возможность проявления негативных моментов в случае применения их на неокультуренных землях с повышенной засоренностью полей, бедных по естественному плодородию и на тяжелых по механическому составу почвах.

Поэтому при минимальных обработках почвы должен проводиться комплекс мер, которые будут гарантировать ее высокую эффективность. К ним следует отнести:

— плоскорезную осеннюю обработку почвы на полях, засоренных многолетними сорняками;

— применение гербицидов широкого спектора действия по стерне и на посевах зерновых культур;

— внесение компенсационных доз удобрений для ускорения разложения измельченной соломы;

— проведение позднеосеннего рыхления (щелевания) почвы в годы с повышенным выпадением осадков в осенний период.

Эффективным и недорогим приемом повышения влагообеспеченности посевов яровой пшеницы при постоянной мелкой обработке почвы, особенно в годы с благоприятным осенним увлажнением является сочетание ее с позднеосенним щелеванием.

В опытах И. А. Чуданова и Л. Ф. Лигастаева (24) позднеосеннее щелевание на 35−40 см по поверхностной (лущение стерни) и мелкой обработках повысило урожайность яровой пшеницы, в сравнении со вспашкой, при размещении ее по просу на 1,1−1,8 ц/га, по кукурузе — на 1,9−3,2 ц/га.

В последние годы в нашей стране и за рубежом большое внимание привлечено к разработке и освоению технологии прямого посева зерновых культур с отказом от основной осенней и весенней предпосевной обработки почвы. Особый интерес к этим технологиям вызван не только достигаемой наибольшей экономией энергетических и трудовых затрат, но и возможностью капитального решения проблемы защиты почв от эрозии, предотвращения потерь гумуса. Отказ от вспашки позволяет до минимума сократить проходы техники по полю, предельно снизить затраты труда, износ техники и расход топлива, уменьшить естественную аэрацию почвы.

Оставление стерни и соломы на поверхности поля создает благоприятные условия для задержания снега, при этом сокращается глубина промерзания, уменьшается испарение влаги из почвы. Создание мульчи из пожнивных остатков и соломы при прямом посеве позволяет не только улучшить водный режим, но и восстановить почвенное плодородие.

Широкому применению технологий прямого посева способствует также непрерывно возрастающий ассортимент нового поколения посевных машин для выполнения прямого посева, хорошо налаженное производство эффективных гербицидов, накапливающийся положительный опыт практического освоения новых технологий.

При посеве по не обработанным с осени полям яровых культур создается опасность роста засоренности посевов, ухудшения пищевого режима, а в отдельные годы — и водного режима. Нарушение обязательных требований прямого посева не гарантирует успеха с применением таких технологий.

Несоблюдение специфических требований технологии прямого посева приводило ранее в большинстве случаев к отрицательным результатам при возделывании яровых культур по необработанной с осени почве. В опытах Г. И. Казакова (3) урожайность яровой пшеницы на посевах без осенней обработки снизилась на 2,5−2,6 ц/га, ячменя — на 1,6 ц/га, проса — на 2,7 ц/га.

Поэтому при прямом посеве яровой пшеницы нужно обязательно обеспечить реализацию целого комплекса мер, который включает:

— использование в борьбе с сорняками высокоэффективных гербицидов;

— применение специальных комбинированных машин для прямого посева;

— использование измельченной соломы на удобрение и для создания мульчирующего слоя почвы.

Важным средством снижения ресурсозатрат при возделывании яровой пшеницы является совмещение технологических операций с применением комбинированных посевных агрегатов, способных выполнять в весенний период за один проход предпосевную подготовку почвы, посев, внесение основного и стартового удобрений, прикатывание и другие операции.

Комбинированные посевные агрегаты являются составной частью ресурсосберегающих технологий. Только при их совместном использовании с почвообрабатывающими орудиями возможно обеспечить максимальный экономический эффект новых технологий.

Таким образом, разнообразие условий, складывающиеся даже в пределах отдельных природно-климатических зон, разный уровень интенсивности ведения сельскохозяйственного производства неизбежно ведут к многообразию вариантов новых технологий возделывания яровой пшеницы. Создание на системной основе современной технологии является важным элементом разрабатываемых систем земледелия, отвечающих требованиям современного сельскохозяйственного производства.

В связи с рядом объективно складывающихся обстоятельств, ресурсосбережение в современных условиях выступает в качестве одного из приоритетных направлений в структурной перестройке методов ведения растениеводства (Двуреченский В.И., 2004; Дюсенбеков З. Д., 2004; Кирюшин В. Н., 2004; Елешев Р. Е., 2005).

В экономическом плане эти требования связаны с необходимостью получения дешевой конкурентоспособной продукции в условиях возрастания стоимости технических ресурсов, топлива, удобрений, средств защиты растений, сельхозмашин и орудий. В экологическом плане — с устранением нарастающих негативных процессов в земледелии, связанных с усилением деградации почв под влиянием интенсивных механических обработок почвы при традиционных технологиях (эрозия, усиление минерализации гумуса, ухудшение структуры, рост себестоимости, снижение рентабельности производства и т. д.) (Кант Г., 1980; Чуданов И. А. и др., 1998).

По усредненным показателям минимальная обработка почвы и посев комбинированной посевной техникой снижают прямые затраты на 18−20%., энергетические затраты на основную обработку почвы при возделывании зерновых культур сокращаются в 2−3 раза, на топливо — на 30−50% (Ален Х.П., 1985; Келлер К., 2002).

Как отмечает Д. Ч. Рейкоски (2005), основным достоинством ресурсосберегающих технологий (нулевой обработки почвы и прямого посева) является немедленное воздействие на взаимосвязь органического вещества и углерода в почве. Технологии сберегающего земледелия способствуют снижению глобального потепления климата за счет снижения выбросов углерода с сельскохозяйственных угодий.

Важным моментом, который делает необходимым переход на новые технологии, является то, что они в большей степени, чем традиционные, отвечают требованиям природоохранного земледелия.

Многочисленный отечественный и зарубежный опыт свидетельствует о том, что переход на современные технологии с энергосберегающими способами обработки почвы позволяет избежать ухудшения физических и агрохимических свойств почв, приводящих к ухудшению условий развития растений.

Западно-Казахстанская область находится в зоне сухих степей и является основным поставщиком сильных и твердых сортов пшеницы. Поэтому, важной задачей региона является разработка таких технологий, которые бы способствовали решению проблем накопления, сбережения и рационального использования почвенной влаги.

Многочисленные наблюдения свидетельствуют о значительном повсеместном снижении потенциального плодородия темно-каштановых почв. В результате неблагоприятного антропогенного воздействия запасы гумуса за последние 30 лет использования пашни снизились более чем на 30%. Каждый второй гектар в области имеет содержание гумуса менее 2% (Браун Э.Э., Чекалин С. Г., 2005).

Наблюдения за изменением содержания гумуса за многолетний период применения тех или иных приемов обработки показало, что наибольшие изменения в содержании гумуса произошли на варианте с ежегодным использованием вспашки (Кучеров В.С., Чекалин С. Г., 2005 г.).

Особое значение при ресурсосберегающих технологиях приобретает использование в севооборотах соломы на удобрение. Систематическое применение соломы в сочетании с оставляемыми в верхнем слое пожнивными остатками выступает на фоне минимальной обработки почвы не только как средство питания растений, но и в качестве эффективного способа наращивания почвенного плодородия. Так, длительное применение соломы в качестве органического удобрения в зернопаровом севообороте способствовало стабилизации содержания гумуса, создавая при этом благоприятные условия для активной деятельности микрофлоры (Кучеров В. С. Чекалин С.Г., 2000 г; Вьюрков В. В., 2003).

В настоящее время накоплено достаточное количество данных, свидетельствующих о том, что технологии, основанные на минимальных и комбинированных системах обработки, обеспечивающие менее интенсивное разложение органических остатков, положительно влияют на баланс гумуса в почве (С.Н. Шевченко, В. А. Корчагин, 2006).

Более успешно при переходе к энергосберегающим технологиям с минимальными обработками почвы решается экологическая проблема земледелия. Выброс в атмосферу газов от отработанного топлива снижается на 30−35%. Уменьшаются потери минерализации азота, резко снижаются эрозионные почвенные процессы.

2. Место и условия проведения

2.1 Общие сведения о хозяйстве Западно-Казаханская область расположена в западной части Республики Казахстан. Территория области — 151,3 тыс. кв. км, протяженность с севера на юг — 425 км и с востока на запад — 585 км.

Территория области с учетом особенности почвенно-климатических условий, степени распаханости сельскохозяйственных угодий, сложившейся специализации хозяйств разделена на три природно-климатические зоны. Первая — зерново-животноводческая, животноводческо-зерновая и третьяживотноводческая.

Экспериментальная часть работы проведена на базе ТОО «Уральская сельскохозяйственная станция» расположенной в первой природно-климатической зоне Западно-Казахстанской области, отдаленность от города Уральска 7 км. Основное направление развития хозяйства-зерновое. Земельная площадь ТОО «Уральская сельскохозяйственная станция» 16 035 га, из них пашни 9111 га, сенокосы — 521 га, пастбищ — 5463 га, прочие угодья — 940 га.

2.2 Климат Климат Западно-Казахстанской области отмечается резкой континентальностью, которая возрастает с северо-запада на юго-восток. Для области характерно неустойчивость и дефицитность атмосферных осадков, малоснежье и сильное сдувании снега с полей, большая сухость воздуха и почвы, интенсивность процессов испарения и обилие прямого солнечного освещения в течении всего вегетационного периода. Для зимних месяцев характерно не устойчивость температуры воздуха: возможны суровые морозы, достигающие 40−45 ⁰С и оттепели с дневными температурами до 5−10 ⁰С в течении 1−3 дней в месяц.

Продолжительность весны в условиях температурных границ (0−15 ⁰С) составляет 1,5 месяца. Весна засушливая с повышенной ветровой деятельность атмосферы, которая иссушает почву. Усиливает транспирацию, подвергает ее дефляции, осадки очень устойчивы: в отдельные годы их выпадает в 3−4 раза больше нормы, а в сухиеони совершенно отсутствуют или выпадают в незначительных количествах.

Летний сезон характеризуется, очень сухой и ясной погодой. Продолжительность летнего сезона (от весеннего до осеннего перехода температуры через 15 ⁰С) около 4 месяцев, в период с положительной температурой составляет 210−215 дней.

Устойчивый переход с среднесуточной температурой через 5 ⁰С наступает в середине сентября, через 0 ⁰С — в начале ноября.

Первая зона — наиболее влагообеспеченный район области. Годовая сумма осадков — 270−300 мм, а за теплый период выпадает 125−135 мм. За вегетационный период яровые зерновые культуры (май-июнь) выпадает в среднем 28,8% суммы годовых осадков, остальная часть приходится на послеуборочный и холодный период года. Устойчивый снежный покров обычно сохраняется 120−130 дней. Высота его достигает 25−30 см, запасы воды в снеге 758−95 мм. Гидротермический коэффициент за период вегитации зерновых культур характеризуется величиной 0,5−0,6, сумма положительных среднесуточных температур воздуха выше 10 ⁰С, около 2800 ⁰С. Период активной вегетации растений — 150−155 дней, безморозный 130−135 дней.

2.3 Почва Территория землепользования ТОО «Уральская сельскохозяйственная опытная станция» расположена в пределах общего сырта, представляющего собой увалисто-волнистую равнину, расчлененную долинами балок на отдельные повышения — Сырты. Абсолютная высота общего Сырта заключена в пределах от 50 до 128 метров. Вершины водоразделов возвышаются над балками на 20−45 метров, водоразделы пологими и слабоволнистыми склонами переходят в ложбины и балки. Особенно пологи восточные склоны. Они менее перерезаны ложбинами и промоинами. Эрозионные процессы на них не проявляются. На склонах водоразделов (северной и восточной экспозиции) наблюдаются процессы смыва.

Склоны водоразделов и ложбин южной экспозиции еще интенсивнее подвержены эрозии и на них встречаются уже средне и даже сильносмытые почвы.

Восточная часть территории хозяйств, представлена широковолнистой равниной, слаборасчлененной ложбинами стока на ряд водораздельных участков. Склоны различны по протяженности и крутизне. Глубина балок 5−10 м, дно обычно изрезано глубокими промоинами.

Равнинные участки слабоволнистые, нередко пересекаются лощинками. Пойма реки Деркул сложена аллювиальными слоистыми породами легкого механического состава, на которых сформировались аллювиальные слоистые почвы.

Почвы. Почвенный покров ТОО «Уральская сельхозопытная станция» представлен каштановым типом почв с выделением подтипа темно-каштановых почв.

Основной почвенный покров представлен зональными темно-каштановыми нормальными почвами, которые сформировались на выравненных участках рельефа.

Почвенный разрез этих почв представлен следующим образом:

Горизонт А₀ (0−5 см) сероватого цвета, рыхлый, тяжело-суглинистого механического состава, густо переплетен корнями, вскипает с поверхности;

Горизонт, А (5−28 см) буро-каштанового цвета, рыхлый, тяжелосуглинистого механического состава, ореховатой структуры, имеет гипсовый налет;

Горизонт В₁ (28−40 см) светло-каштанового цвета, плотнее предыдущего, тяжело-суглинистого механического состава, ореховатой структуры, изредка встречаются карбонатные пятна, имеет гипсовый налет;

Горизонт В₂ (40−63 см) светлокоричневого цвета, плотный, комковатой структуры, трещиноватый, встречаются карбонатные пятна. По механическому составу среднесуглинистый, близкий к тяжелосуглинистому;

Горизонт С₁ — (63−93 см) каштаново-палевого цвета, бесструктурный, плотный, весь горизонт в карбонатных белоглазках. По механическому составу среднесуглинистый, близкий к тяжелосуглинистому;

Горизонт С₂ (93−200 см) светло-коричневого цвета, плотный, бесструктурный, тяжелосуглинистого механического состава, редко встречаются карбонатные белоглазки.

По механическому составу почвы опытного участка относятся к тяжелосуглинистым почвам

Содержание физической глины (частиц размером меньше 0,01 мм) в пахотном слое составляет 55,8%, а в горизонте — 59,0%.

В Горизонтах В₂ и С₁ частиц меньше 0,01 мм несколько превышает 60%. Однако в дальнейшем состав вновь становится тяжелосуглинистым.

Во всех слоях почвенного профиля большую часть физической глины составляют частицы ила. Наличие высокого процента ила в почве увеличивает связность и способность к набуханию, поэтому при высыхании с уменьшением объема на темно-каштановых почвах образуются большие трещины.

Содержание гумуса в горизонте, А составляет 2,8%, валового азота 0,15, валового фосфора 0,14%.

Сумма поглощенных оснований в верхних горизонтах составляет 26−36 мг*экв/100 г почвы и постепенно уменьшается с глубиной.

Среди обменных катионов господствующее положение занимает кальций, наряду с которым существенную роль играет магний. Наибольшее количество последнего, наблюдается в горизонтах с максимальным содержанием карбонатов.

Воднорастворимые соли хлоридов и сульфатов в верхней части профиля отсутствуют (до глубины 50−70 см). Здесь преобладает преимущественно бикорбонат кальция. Глубже — до 120 см — количественно преобладает бикарбонат натрия с участием хлоридов натрия. В этом горизонте в водной вытяжке проявляется небольшое количество нормальной соды. Глубже карбонатного горизонта господствуют сульфаты (гипс).

В первой природно-экономической зоне расположены темно-каштановые и каштановые почвы. На севере области значительные площади заняты южными черноземами.

Темно-каштановые почвы составляет основной земледельческий фонд области и занимает площадь 2295 тысяч га. Среди них различают темно-каштановые карбонатные, остаточно карбонатные и солонцеватые. Механический состав их от глинистых до субпесчаных и даже песчаных. Темно-каштановые почвы обладают достаточным естественным потенциалом плодородием для возделывания любых сельскохозяйственных культур. Содержании гумуса в них колеблется от 1,7 до 4,7%. Мощность гумусового горизонта (А+В) равна 36−53см. При высоких запасах калия (1−1,5%) и валового азота (0,1−0,2%) в них наблюдается пониженное содержание фосфора (0,06−0,15%). Обеспеченность доступными формами фосфора-низкая, азота-повышенная, калия-высокая.

Значительная площадь темно-каштановых почв находится в пашне, которая находится в опасности ветровой эрозии и нуждается в противоэрозионной защите.

3. Программа и методика исследований Изучить влияние приемов основной обработки почвы на динамику ее основных агрофизических свойств, а также степень изменения водного режима, в посевах яровой пшеницы. Опыт закладывается в четырехпольном зернопаровом севообороте: парозимая (яровая) пшеница — яровая пшеница — яровая пшеница под вторую и последующие культуры после пара, где:

Вспашка на 25−27см (контроль) Обработка плоскорезом на 12−14 см Без обработки Сроки посева:

Iсрок — ранневесенний (период физической спелости почвы):

— прямой посев (контроль).

II-срок — через 7 дней после первого:

— боронование, обработка гербицидом за 7 дней до посева, посев, обработка гербицидом в фазу кущения (в случае необходимости).

IIIсрок — через 14 дней после первого:

— боронование, обработка посева гербицидом за 14 дней до посева, посев, обработка гербицидом в фазу кущения (в случае необходимости).

Для обработки сорняков перед посевом используется гербицид сплошного действия Ураган Форте (2−2,5 л/га).

Расположение делянок систематическое в один ярус. Площадь делянки составляет 300 м². Повторность опыта трехкратная.

3.1 Учеты и наблюдения в опытах

1. Влажность почвы определяется на глубину 1 м через 10 см термостатно-весовым методом перед посевом, в колошение и перед уборкой;

2. Фенологические наблюдения проводятся глазомерно в двух повторностях опыта по фазам развития яровой пшеницы: посев, всходы, кущение, выход в трубку, колошение, восковая спелость. Методика госсортсети (1985)

3. Учет полевой всхожести и густота стояния растений на специально закрепленных площадках размером 0,25 м² по четырем площадкам на варианте в трех повторностях опыта. С этих же площадок перед уборкой отбираются снопы для анализа на структуру урожая.

4. Анализ почвенных образцов на содержание доступных растениям нитратного азота (ГОСТ 26 951−86) и подвижного фосфора (ГОСТ 26 205−91) проводятся перед посевом культур, в колошение и перед уборкой по слоям почвы 0−10, 10−20, 20−30 см;

5. Засоренность посевов определяется на 16-ти площадках площадью 0,25 м² перед уборкой яровой пшеницы количественно-весовым методом. Методика НИИСХ Юго-востока (1969);

6. Объемная масса почвы определяется методом цилиндров с помощью патрона 98 см³ в кущение и перед уборкой яровой пшеницы;

7. Элементы продуктивности растений учитываются по четырем пробным снопам, отбираемым с закрепленных площадок с каждого варианта для подсчета густоты стояния сохранившихся растений, их высоты, продуктивного кущения, размера и озерненности колоса, масса 1000 зерен. Методика НИИСХ Юго-востока (1969);

8. Учет урожая в опытах сплошной поделяночный малогабаритным комбайном «Сампо» или комбайном СК-5 Нива. Урожайные данные приводятся к стандартной влажности и 100% чистоте с последующим пересчетом на 1 га.

9. Математическая обработка урожайных данных проводится методом дисперсионного анализа (Б.А. Доспехов 1975).

10. Экономическая эффективность различных агроприемов определяется по действующим расценкам на виды работ и существующим ценам на зерно.

4. Результаты исследований

4.1 Метеорологические условия в годы проведения исследований Метеорологические условия весенне-летнего периода 2006 года сложились следующим образом: переход среднесуточной температуры через 5 ⁰С отмечен 31 марта. Постепенное и динамичное нарастание температур привело к ранней и затяжной весне. Весенние месяцы отличались обилием осадков, которых в марте выпало 15,9 мм, в апреле — 37,9 мм и в мае — 45,1 мм. Благодаря наличию хорошего снежного покрова в зимний период, весной, перед посевом яровых культур содержание продуктивной влаги в почве было высоким и составляло в пределах 127−139 мм, в зависимости от предшественника.

Температурный режим в предпосевной период складывался очень контрастно. Нарастающее потепление сменялось резким похолоданием. Май был стабильным. Вторая половина июня отличалась обилием осадков и умеренной температурой. В целом за этот месяц выпало осадков на 3,7 мм выше среднемноголетней нормы. Июль и август прошли без существенного увлажнения. При среднемноголетней норме осадков 36 мм, в июле фактически выпало 6,9 мм, в августе — 16,1 мм, при норме 25 мм.

В 2007 году по температурному режиму март выдался теплее обычного. Апрель и май были на уровне среднемноголетних значений и были дождливыми. По сумме выпавших осадков в апреле выпало на 9,2 мм выше нормы, а в мае — на 39,1 мм. Однако в конце мая (третья декада) установилась сухая и жаркая погода.

В последующие летние месяцы выпало 132,4 мм осадков. В июле основная часть осадков пришлась на третью декаду, в июле на первую и вторую декады. Август был жаркий и сухой. За этот месяц выпало всего 1,3 мм осадков (при норме 25 мм), а среднемесячная температура воздуха составила 24,9 ⁰С, что на 4,5⁰ выше нормы (таблица 1).

Таблица 1 — Метеорологические условия весенне-летнего периода 2006;2007 гг. исследований.

4.2 Плотность почвы Результаты исследований показали, что объемная масса почвы к моменту посева яровой пшеницы в пахотном слое (0−30) составило по различным вариантам обработки почвы вспашка — 1,08,плоскорез — 1,15 и без обработки — 1,16 г/см³. Плотность почвы находилась на оптимальном уровне согласно данным научных учреждений, где оптимальная плотность для тёмно-каштановых почв большинства зерновых культур составляет от 1,0 до 1,3 г/см³. При рыхлом сложении (0,9 г/см³) и очень плотном (1,5 г/см³) урожайность зерновых культур заметно снижается (П.К. Иванов, Л. И. Коробова 1969, Д. И. Буров 1970, Г. И. Казаков 1990 и др.).

К уборке происходит закономерное увеличение плотности почвы, так по вспашке увеличение по слоям составило 0,13 (0−10), 0,17 (10−20) и не изменилось в слое (20−30), по плоскорезу 0,11;0,02;0,02,по без обработке 0,16;0,03; 0,04 г/см³ соответственно. Полученные нами данные свидетельствуют, о том, что проведение глубокого рыхления (вспашка) не обязательна для придания почве необходимой плотности, так как по другим вариантам (плоскорез и без обработки) плотность почвы находится в пределах нормы (Таблица 2), не переходя в чрезмерно рыхлое или плотное сложение.

Таблица 2 — Динамика объемной массы (г/см³) в слоях почвы по различным вариантам ее обработки

Использование традиционных технологий (ежегодная вспашка) безусловно приводит к повышению продуктивности пашни, но при этом является очень трудоемким, не решающей вопросы биологизации земледелия, дорожающим в современной экономической обстановке технологическим процессом. Поэтому переход к минимальным, «нулевым» обработкам почв необходим, о чем свидетельствуют данные многих исследовании, как в дальнем так и в ближнем зарубежье.

4.3 Влажность почвы В условиях западно-Казахстанской области почвенная влага является одним из основных факторов обеспечения растений водой. Почвенная влага единственно гарантированный источник снабжения растений в вегетационный период водой. Так по многолетним данным Самарского НИИСХ, расход воды яровой пшеницей из метрового слоя за период вегетации определяется в среднем 2679 т/га, по данным НИИСХ Юго-Востока 2278 т/га (П.М. Фокеев, 1961). Из общего количества влаги, расходуемой яровой мягкой пшеницей за вегетацию, около 50% приходится на долю запасов почвенной влаги к началу посева. А остальные 50% на осадки вегетационного периода (С.Н. Шевченко, В. А. Корчагин, 2006). Значение запасов почвенной влаги в формировании урожая яровой пшеницы в засушливые годы возрастает. Удельный вес почвенной влаги в общих источниках обеспечения посевов яровой пшеницы влагой в сухой степи составляет — 54−56% (П.Г. Кабанов, 1968). Накопление запасов влаги в почве происходит в основном за счет усвоения осенних и зимних осадков. Пополнение запасов почвенной влаги за период от схода снега до начала посева, за очень редким исключением не происходит. Осадки, выпавшие за этот период и часть почвенной влаги расходуется на испарение.

Поэтому основной задачей всех технологических операций при возделывании зерновых культур является накоплении и сохранение почвенной влаги и её рациональное использование.

Исследования показали, что запасы в пахотном слое 0−30 см перед посевом яровой пшеницы на первом сроке составили на вспашке 55,8 мм, что на 4,5−5,9 мм больше чем при плоскорезной обработке и полном отказе от нее (Таблица 3).

Это объясняется тем что, после вспашки почва обладала большей капиллярной скважностью при относительно рыхлом строении. В метровом слое почвы более высокие запасы влаги были также в вспашке 175,5 мм. Отказ от основной обработки приводило к уменьшению запасов продуктивной влаги до 158,4 мм, а проведение плоскорезной обработки сопровождалось дальнейшим снижением увлажнения.

Ко времени посева яровой пшеницы во второй срок наблюдалась жаркая погода, что сопровождалось значительными потерями продуктивной влаги.

Так более высокие потери влаги (25,2−22,3 мм) наблюдалось на вспашке и в фоне без обработки, что привело к снижению запасов до 27,7−30,5 мм. На плоскорезной обработке потеряно около 15 мм, и запасы продуктивной влаги перед посевом составили в пахотном слое 36,2 мм и были наиболее высокими в опыте.

Таблица 3- Содержание продуктивной влаги в почве на различных вариантах основной обработки в зависимости от срока посева

Аналогичные данные по изучаемым вариантам полученные в метровом слое, где потеря влаги на вспашке составили 49,9 мм, а в варианте без обработки достигали 53,1 мм. При плоскорезной обработке почвы потери продуктивной влаги из метрового слоя были минимальными и запасы составили 126,7 мм, что на уровне вспаханных делянок.

Следовательно, оттягивание срока посева сопровождается ухудшением влагообеспеченности почвы. Однако условия увлажнения пахотного слоя позволяет получать своевременные всходы культуры.

Ко времени колошения теряется значительная часть влаги, как в пахотном так и в метровом слое, что связано с использованием влаги растением, а так же физическим испарением из почвы.

В посевах яровой пшеницы первого срока лучшие условия увлажнения (31,1 мм) складывались на вспашке. Стерневой фон уступал отвальному 11,3−12 мм. В метровом слое значительное преимущество сохранилось и составляло 52,7 мм перед плоскорезной обработкой и 39,7 мм — перед вспашкой. Ко второму сроку посева различие между вариантами сглаживались, но отмеченная закономерность сохранилась в пахотном слое и для вспашки и для безобработки. При плоскорезной обработке почвы запасы продуктивной влаги в метровом слое во втором сроке посева оказались на 5,7 мм выше.

Полученные данные свидетельствуют, что в условиях года влагообеспеченность растений до колошения культуры были на сравнительном высоком уровне, что отразилось на урожайности культуры.