Актуальность темы
Краснодарский край является ведущим регионом по производству зерна озимой пшеницы и семян подсолнечника. Здесь размещается более 1 млн. га посевов озимой пшеницы и около 0,5 млн. га подсолнечника, в том числе в зоне неустойчивого увлажнения на черноземе обыкновенном Западного Предкавказья — около 600 тыс. га озимой пшеницы и более 290 тыс. га подсолнечника.
В процессе сельскохозяйственного использования чернозема обыкновенного происходит деградация почвы, что ведет к снижению продуктивности агроэкосистем и ослаблению стабильности урожаев полевых культур. В связи с этим необходим подбор агроприемов, позволяющих сохранить и приумножить плодородие почвы и повысить продуктивность пашни, а также эффективность различных систем удобрения, применяемых с целыо оптимизации продуктивности и стабилизации урожаев важнейших зерновых и технических культур.
Имеется объективная необходимость уточнения приемов применения минеральных удобрений с целыо повышения их эффективности в различных видах севооборотов с учетом прямого действия и последействия удобрений, а также поддержания уровня плодородия почвы в соответствии с потребностями сельскохозяйственных культур. Позитивное решение этой проблемы является чрезвычайно ак туальным и важным вопросом для народного хозяйства.
Цель и задачи исследований. Цель работы — Обосновать приемы повышения продуктивности озимой пшеницы и подсолнечника и сохранение эффективного плодородия чернозема обыкновенного Западного Предкавказья при длительном применении удобрений в различных севооборотах.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: — изучить особенности азотного, фосфорного и калийного режимов почвы, содержание и баланс гумуса при длительном применении удобрений в севообороте;
— установить роль предшественников и различных систем удобрений в севообороте на накопление и эффективное использование доступной влаги растениями озимой пшеницы и подсолнечника;
— уточнить потребление, вынос основных элементов питания изучаемыми культурами и баланс ИРК в севооборотевыявить особенности роста, развития и формирование продуктивности озимой пшеницы и подсолнечника при различных сис темах удобрения в севообороте;
— определить влияние длительного использования удобрений в севообороте на продуктивность и качество зерна озимой пшеницы и семян подсолнечника;
— дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности длительного использования удобрений озимой пшеницы и подсолнечника.
Научная новизна заключается в том, что впервые в стационарном длительном опыте в условиях недостаточного увлажнения изучено комплексное влияние экологических факторов и агротехнических приемов (севооборота, предшественника и различных систем удобрения) на продуктивность сортов озимой пшеницы и гибрида подсолнечника, а также эффективное плодородие чернозема обыкновенного Западного Предкавказья.
Впервые в зависимости от видов севооборота и предшественника установлены нормы и состав удобрений, обеспечивающие высокую продуктивность озимой пшеницы и подсолнечника и сохранение эффективного плодородия чернозема обыкновенного, уточнен потенциал продуктивности пашни на неудобренном фоне.
Основные полоэ/сения, выносимые на защиту.
1. Продуктивность озимой пшеницы и подсолнечника при различных системах удобрений в зернопропашном и зернотравяно-пропапшом севооборотах. б.
2. Динамика потребления и выноса азота, фосфора и калия основными полевыми культурами в зависимости от используемых агроприемов.
3. Изменение плодородия чернозема обыкновенного при длительном применении минеральных удобрений в изучаемых севооборотах.
4. Биоэнергетическая и экономическая эффективность применения удобрений в севооборотах под озимую пшеницу и подсолнечник.
Практическую значимость работы представляют результаты многолетних исследований, позволяющие рекомендовать сельскохозяйственному производству экономически и энергетически обоснованные системы удобрения при возделывании озимой пшеницы и подсолнечника, предусматривающие экономически оправданный уровень урожайности соответственно финансово-экономического, организационно-технического уровня хозяйства и почвенно-климатических условий.
Реализация результатов исследований. Положения и выводы по результатам исследований использованы в «Системах земледелия Краснодарского края» (методические рекомендации, Краснодар, 2009), рекомендациях «Системы удобрения основных полевых культур» (Краснодар, 2004), «Агроэкологический мониторинг в Земледелии Краснодарского края», 2007), при разработке краевой программы «Плодородие», в ежегодных рекомендациях по агротехническим мероприятиям выполнения полевых работ в Краснодарском крае (20 032 010 гг.).
Производственная проверка разработанных технологических приемов возделывания озимой пшеницы по различным предшественникам, а также подсолнечника проводилась в ОАО им. Ильича Ленинградского района, СГ1К (колхоз) «Знамя Ленина» Щербиновского района, ОАО «Нива Кубани» Брюховецкого района. Внедрение научных разработок осуществлялось в 2002;2009 гг.
Озимая пшеница по предлагаемым технологиям в крае возделывалась на площади 370 тыс. га, подсолнечник — на 52 тыс.га. За счет повышения урожайности этих культур общий экономический эффект получен в сумме 480 млн руб.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на ежегодных совещаниях-семинарах руководителей и специалистов хозяйств Краснодарского края по вопросам технологии возделывания и ухода за посевами озимых и яровых культур, при подготовке сборника «Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края» (Краснодар, 2002), при разработке систем земледелия в различных агроландшафтах Краснодарского края (Краснодар, 2008), а также на международной научно-практической конференции «Пути повышения и стабилизации производства высококачественного зерна» (Краснодар, 2002), международной научно-практической конференции 6−9 февраля 2007 г. «Инновационные пути развития АПК-магистральное направление научных исследований для сельского хозяйства» (п. Персиановский, 2007 г.).
Публикация е печати. По материалам диссертации опубликованы 44 научных работы, в том числе 20 работ в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 636 страницах компьютерного текста и состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений производству. Включает 17 рисунков, 129 таблиц и 82 приложений. Список используемой литературы насчитывает 651 наименование, в том числе 59 — иностранных авторов.
выводы.
Исследования, проведенные в 1999 — 2006 гг. на черноземе обыкновенном Западного Предкавказья в условиях недостаточного увлажнения показали, что решающая роль в формировании урожая озимой пшеницы и подсолнечника принадлежит влагообеспеченности растений и питательному режиму почвы. По сумме эффективных температур и приходу ФАР эта зона благоприятна для возделывания изучаемых культур и получения стабильно высоких урожаев с хорошими технологическими качествами.
1. В условиях недостаточного увлажнения значительная роль в накоплении продуктивной влаги в почве принадлежит севообороту, предшественникам и метеорологическим условиям. Более высокие запасы продуктивной влаги на дату посева озимой пшеницы в пахотном слое почвы (0−30 см) накапливаются в зернотравяно-пропашном севообороте и после раноубирае-мого предшественника эспарцета (36,3 мм), меньшее — после сахарной свеклы (28,2 мм). За счет осадков осенне-зимнего периода на дату начала весенней вегетации накапливается 189,8−210,3 мм в метровом слое и 349,1 — 422,0 мм — в двухметровом слое почвы. При этом почти на 50% влага слоя 0−200 см к фазе колошения уменьшается и сохраняется дифференциация относительно предшественников и севооборотов.
2. Потребление растениями озимой пшеницы почвенной влаги зависит от типа севооборота, предшественника и системы удобрения. Суммарное во-допотребление на неудобренном фоне зернопропашного севооборота в зависимости от предшественника составляло 3670−4087 м /га, в зернотравяно-пропашном было на 9−13%) больше. Максимальным оно было по предшественнику эспарцет. Увеличивая общее количество потребленной влаги, удобрения снижали коэффициент водопотребления на 6,5−46,2%. Сбалансированные по элементам питания системы удобрения на 6,3−30,6% в зернотравяно-пропашном севообороте и на 26,2−46,2% — в зернопропашном способствовали более экономному ее использованию. Аналогичный характер потребления влаги в зависимости от системы удобрения наблюдался и у подсолнечника.
3. Минеральные удобрения способствовали повышению накопления корневых и пожнивных остатков в почве. Наибольшее количество их было после эспарцета (5,6−9,6 т/га) и самое низкое — после сахарной свеклы (3,2!
5,2т/га). На систематически неудобренных вариантах возмещение в почву органических остатков было минимальным, а нафоне высокой* дозы ЫРК — максимальным. На контроле содержание гумуса в слое почвы 0−30 см под озимой пшеницей была наиболее высоким после эспарцета (3,81%) и дальше I следовали' предшественники: озимая пшеница, горох, кукуруза, сахарная свекла. Вид севооборота и удобрения оказали различное влияние на накопление гумуса в слое почвы 0−30 см. За 27 лет проведенных исследований на варианте без применения удобрений этот показатель был ниже исходного уровня в начале закладки опыта. При ежегодном внесении удобрений в севообороте без трав имела место тенденция к некоторому повышению гумуса в пахотном слое почвы. 4. Под влиянием удобрений улучшается почвенное плодородие. Количество подвижного фосфора возросло на удобренных фонах до 14,4 — 44,4мг/кг почвы, в зернопропашном севообороте и 14,0 — 40,7 мг/кг почвы — в севообороте с травами, при содержании на контрольных вариантах 12,5.
13.3 мг/кг почвы. Высокой обеспеченностью подвижным фосфором (40,7.
44.4 мг/кг почвы) отличаются варианты с внесением высокой дозы минерального удобрения (N4(^80, >*80Р12оК12(ь ИшРшКш, ^0Р120), низкой 14,0 -14,4 мг/кг почвы — при использовании систем удобрения с систематическим исключением фосфора (N40, N400, ИбоКбо) — Содержание минерального азота стабилизировалось на уровне 12,8 — 18,0 мг/кг почвы. Эта закономерность сохраняется на протяжении всей вегетации изучаемых культур. Обеспечен.
439 ность почвы обменным калием была высокой 352 — 412 мг/кг почвы, под влиянием вносимых удобрений она изменялась на 4 — 56 мг/кг почвы.
5. Между вносимыми дозами удобрения и содержанием азота, фосфора и калия в почве установлена положительная корреляционная связь по азоту — 0,29−0,46, по фосфору- 0,75−0,83, по калию — 0,44−0,53. Выявлена также зависимость между содержанием в почве основных элементов питания и урожайностью озимой пшеницы с множественным коэффициентом корреляции 0,758−0,900, с долей влияния: азота — 23,8−50,0 и 33,3−58,9%, фосфора — 17,8−26,2 и 11,4−28,3%, калия — 1,2−16,3 и 2,2−19,4% соответственно севообI оротам и предшественникам. 6. Установлено, что по мере улучшения условий минерального питания посредством внесения удобрений увеличивалось содержание азота, фосфора и калия в тканях растений. Наиболее высокое содержание элементов питания в растениях озимой пшеницы наблюдалось в фазу весеннего кущения. В соломе к концу вегетации оно снизилось: азота — до уровня 0,45−0,66 в зернопропашном и 0,41−0,68 в зернотравяно-пропашном севооборотах, фосфора — 0,15−0,26 и 0,17−0,26, калия 1,19−1,48 и 1,24−1,41%. В зерне соответственно 1,74−2,14 и 1,99−2,19%, 0,64−0,76 и 0,65−0,80%, 0,55−0,81 и 0,550,58%. Установлена также тесная корреляционная связь величины урожая с I.
Содержанием в растениях азота — г = 0,941−0,752, фосфора — г = 0,920−0,930.
7. Величина потребления основных элементов питания озимой пшениI цей на создание урожая с единицы площади зависит от севооборота, предшественника и системы удобрения. На неудобренных фонах оно составило в зернотравяно-пропашном севообороте по предшественнику эспарцет: азота — 147,8 кг/га, фосфора — 48,1, калия — 116,5 кг/га, что больше относительно других предшественников на 1,4−88,5- 3,4−2,5 и 12,1−63,1 кг/га. По мере интенсификации системы удобрения с ростом урожайности увеличивается и вынос основных макроэлементов при парных сочетаниях (РК, ИК и ИР): азо.
440 та на 11,9−92,6%, при полных системах удобрения — на 16,5−145,2%, фосфора соответственно на 8,9−78,9 и 30,1−126,7%, калия — на 14,3−67,7 и 22,0109,3% с максимальными значениями при повышенной (НюР4о, М8оРбоКбо, Н12(^оК6о) и высокой (ДшРво, >*8оР12оК12о, МпоРшКш) дозах удобрения.
Увеличиваются и затраты питательных веществ на единицу основной продукции озимой пшеницы: азота с — 24,8−29,0 кг/т на контрольных вариантах до 30,6−32,4 кг/т при внесении повышенной дозы ЫРК, фосфора — с 8,99,2 до 10,5−11,1, калия — с 20,9−21,8 до 23,6−23,9 кг/т соответственно.
8. Улучшение обеспеченности растений элементами минерального пи-. тания за счет внесения удобрений увеличивает количество новых побегов, по.
1 2 сравнению с контролем на.20 — 396 шт./м. Установлена тесная корреляционная связь с коэффициентом-0867—0,921 между урожайностью зерна озимой пшеницы и количеством сформировавшихся продуктивных стеблей.
9. Наиболее благоприятные условия для формирования оптимальных размеров ассимиляционной поверхности листьев у растений озимой пшеницы на неудобренных фонах сложились по предшественнику эспарцет 40,6 2 2 тыс. м /га, минимальные — 1'8,86 тыс. м /га — по кукурузе. Интенсификация системы удобрения увеличивала этот показатель, в том числе при внесении 'высокой нормы (N4080,оРбоКбо, Н80Р120К120, Н12оР, 2оК, 2о) на 100% с максимальными значениями по предшественнику эспарцет — 55 тыс. м /га — и миа нимальными по кукурузе — 46 тыс. м /га. Несбалансированные по азоту, фосфору и калию системы удобрения снижали индекс листовой поверхности по сравнению со средней дозой 1ЧРК на 10'- 50%. При этом установлена прямая корреляционная связь между сиI стемами удобрения и площадью листьев (г = 0,857 — 0,882), а также площадью листьев и урожайностью зерна озимой пшеницы (г = 0,697−0,973).
10. Фотосинтетический потенциал посевов озимой пшеницы по мере интенсификации системы удобрения возрастал по сравнению с контролем на.
51,2−1086,0 тыс. м" /га в сутки, или на 6,5−139,1%, а чистая продуктивность.
441 фотосинтеза, вследствие ухудшения освещенности нижних ярусов листьев снижается на 0,43−1,32 г/м2 в сутки или на 3,8−11,8%.
Максимальное количество сухого вещества к фазе восковой спелости формировалось при внесении повышенных и высоких доз удобрений — 2299' 2 2 2480 г/м, при показателе на контроле 1323 г/м .
11. Высокое содержание элементов питания в тканях растений подсолнечника, как и у озимой пшеницы, наблюдалось на ранних этапах развития: азота 4,06−4,35% и 4,071, 27% соответственно севооборота, фосфора — 0,95−1,34 и 0,88−1,55%, калия — 5,90−6,40 и 5,85−6,44%. По мере роста и развитиярастений содержание азота, фосфора и калия снижалось. Однако, на протяжении всей вегетации влияние систем удобрения на содержание в растениях макроэлементов было более высоким ¦ при интенсификации системы I удобрения.
12. Изучаемые дозы удобрения влияли не только на относительное со' I держание в растениях подсолнечника азота, фосфора и калия, но и потребление их единицей урожая. Большим выносом элементов питания с единицы 1 площади отличаются растения подсолнечника выращенные на среднем (К40Рбо)> повышенном (М80Рбо) и высоком (М80Р12о) фонах удобрения: азота 162,6−173,1 и 171,8−181,2 кг/га, фосфора -77,0−87,6 и 81,9−94,3 кг/га, калия — 313,8−334,0 и 361,2—385,8 кг/га в зависимости от севооборота. Более низкими эти величины были 124,4−127,4- 49,3−54,4 и 282−314,3 кг/га на контрольных систематически неудобряемых вариантах. Аналогичные данные получены по затратам элементов питания на формирование единицы основною продукции с соответствующим количеством побочной: азота 46,2— 47,4кг/т, фосфора — 18,3−20,1, калия — 105,1−116,8 кг/т. Минеральные удобрения увеличивали эти показатели: азота — до 47,3−58,6 кг/т, фосфора — до 20,4−30,5 кг/т и калия — до 116,0−124,8 кг/т.
13. Изменение условий минерального питания под воздействием вносимых удобрений, обеспечивает прирост ИЛП в сравнении с контролем на.
11,4−14,7% при внесении Р60 и N40, при парных сочетаниях удобрений (Ы40Р60, Ы80Рбо и Ы8оР]2о) — на 32,9−43,5 и 45,8−47,7% в зависимости от вида севооборота. Установлена тесная положительная связь между дозами удобрений и величиной поверхности листьев (г = 0,879 ± 0,10 и 0,826 ± 0,12).
Большая фотосинтетическая мощность посевов подсолнечника на вариантах с вышеуказанными системами удобрения обеспечила и большее накопление сухой массы растений, превышающее этот показатель на неудобренных вариантах на 10−54%.
14. Улучшение питательного режима растений обеспечило большую мощность посева за период вегетации подсолнечника с фотосинтетическим потенциалом 1164−1594 млн. м2/га/сут., что было в 1,2−1,3 и 1,3−1,8 раза больше по сравнению с контрольными вариантами. Растения вариантов со средней, повышенной и высокой дозой азотно-фосфорных удобрений обеспечили и большее на 18,6−38,8% накопление сухой биологической массы и 1 на 11,0−23,7% - хозяйственно полезной ее части.
15. Максимальные величины элементов структуры урожая озимой пшеницы отмечены при системах удобрения с полным минеральным удобрением, минимальные — при парных РК и КК.
Урожайность озимой пшеницы на 8,7−14,3% зависит от севооборота, на 15,3−18,7 — от предшественника и на 27,3−31,5% - от удобрения. На долю регулируемых факторов приходится 60,1−60,3%.
Изучаемые агроприемы возделывания озимой пшеницы обеспечили повышение урожайности зерна: после эспарцета — от 5,40 до 6,43 т/га, после кукурузы — от 2,85 до 6,20 т/га, после гороха — от 4,61 до 6,31 и после сахар1 ной свеклы — от 3,05 до 6,24 т/га. Прибавка урожая зерна на удобряемых вариантах, по сравнению с контролем, составила по предшественникам в зер-нопропашном севообороте 25,6−79,2%, в зернотравяно-пропашном — 11,0— 41,5%.
16. Качество зерна в основном определялось дозой удобрений и погодными условиями в межфазный период колошение — восковая спелость. Повышенная и высокая дозы по всем изучаемым предшественникам обеспечили среднее содержание белка в зерне от 11,7 до 12,3% и содержание клейковины 23,5−24,0%.
Наибольшая доля влияния (23,2−30,0%) принадлежит осадкам в межфазный период молочная — восковая спелость и гидротермическим услови-! ям- (17,0−28,3%). Аналогичная зависимость метеорологических факторов прослеживается и на содержании клейковины -31,2—36,6% и 23,9−30,7%.
17. Показатели количества семян и массы семян с корзинки зависели.
0 г технологических приемов возделывания подсолнечника. Минимальное их количество — 1090—1163 шт. — с массой 67,1—72,6 г формировалось на кон1 трольных вариантах.
Под влиянием минеральных удобрений, внесенных в различных дозах I и сочетаниях, обсемененность корзинки увеличивалась на 74−183 шт., а масса семянок — на 11,2−18,6%. Масса 1000 семянок при этом возрастала па 2,3-•3,7 и 0,6−2,3 г соответственно севооборотам.
18. Минимальная урожайность подсолнечника — 2,69 т/га — получена на вариантах без удобрений. Возделывание подсолнечника при внесении одного фосфора на фоне длительного внесения только фосфорно-калийных удобрений обеспечило в среднем за 8 лет урожайность в 2,98−3,09 т/га. Азотные удобрения (N40) при длительном исключении фосфора — 2,94−3,07 т/га.
ПрименениеоРбо, 1^8оРбо и ЫвоРш на фоне длительного внесения среднего, повышенного и высокого уровня полного минерального удобрения обеспечивало урожайность 3,20−3,39 т/га.
1 ¦ По мере увеличения доз вносимых удобрений масличность семян, по сравнению с неудобренным вариантом, в зернопропашном севообороте снижалась на 0,3−3,3%, а в зернотравяно-пропашном увеличивалась на 1,2−4,3%.
19. Максимальный чистый доход при возделывании озимой пшеницы по пропашным предшественникам — 16,72−21,96 и 16,89−22,96 тыс. руб./т-обеспечивает внесение повышенной дозы полного минерального удобрения С^яоРбоКбо, ^6()Р60К6о) с себестоимостью зерна 1,30 -2,00 и 1,30−2,14 тыс. руб./т и уровнем рентабельности 143,8−258,8 и 157,7−286,4%.
Возделывание озимой пшеницы по бобовым предшественникам (многолетним травам и гороху) позволяет получать самое дешевое зерно с уровнем рентабельности на неудобренном фоне 267,1—330,7% и себестоимостью 1,13−1,32 тыс. руб./т, а на вариантах с минимальными затратами удобрений -1,22−1,25 тыс. руб./т с коэффициентом энергетической эффективности 7,298,65 и 7,15−8,71 соответственно севооборотам.
20. Изучаемые агроприемы: вид севооборота, предшественник и система удобрения не оказывали значительного влияния на продолжительность вегетационного и межфазных периодов озимой пшеницы и подсолнечника. I.
Анализ данных фенологии озимой пшеницы показал тесную отрица.
I. тельную связь между температурным режимом и периодом посев — всходы (г -0,741±0,143) также периодом возобновления весенней вегетации — выходом в трубку (г = -0,664±0,153). Положительная корреляционная связь средI ней степени отмечена между количеством осадков и продолжительностью периода посев — всходы (г = 0,407±0,191) и периода возобновления весенней вегетации — выхода в трубку (г = -0,610±0,169) и выхода в трубку — колошения (г = 0,672±0,158).
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.
1. В условиях недостаточного увлажнения для сохранения и воспроизводства почвенного плодородия чернозема обыкновенного Западного Предкавказья, повышения производства сельскохозяйственной продукции, обязательным условием является использование научно обоснованных для данной почвенно-климатической зоны севооборотов с многолетними бобовыми травами, которые обеспечивают повышение содержание гумуса в пахотном слое почвы на 0,08? абсолютных процента в сравнении с зернопропашным севооборотом:
2. Применение удобрений в средних нормах обеспечивает повышение содержания фосфора до 20−32 мг /кг почвыв высоких нормах до 36−44 мг/кг почвы, при содержании на контроле до 12−13 мг/кг почвы.
3. Для получения урожайности зерна озимой пшеницы на уровне 6,06,5 т/га рекомендуется применять, следующие нормы удобрений в зернопро-пашном севообороте: после кукурузы на зерно ЫбоРбоКбо под основную обработку и^бо в подкормку рано весной, после сахарной свеклы И^Рбо-Кбо под основную обработку и N40 в подкормку рановеснойпо? предшественнику озимая/ пшеница: КбоРбоКбо однократно под основную обработку, по гороху ^2()Р.ю однократно под основную обработку. В зернотравяно-пропашном севообороте после эспарцета ІчГюРго под основную обработку, после озимой пшеницы КзоРзоКзо однократно под основную обработку, после гороха ИгоР-ш однократно под основную обработку, после сахарной свеклы И4оРбо Кбо под основную обработку и N40 в подкормку рано весной. Внедрение в производство зернотравяно-пропашного севооборота, позволит при одном уровне урожайности озимой пшеницы сэкономить азота 35 кг, фосфора 5 кг, калия 15 кг на Г га.
4. Для повышения продуктивности посевов и экономической эффективности производства подсолнечника рекомендуется использовать следующие нормы азотно-фосфорных удобрений: ИгоРзо в зернотравяно-пропашном севообороте и N4(^60 в зернопропашном севообороте.
