Агроэкологическая оптимизация систем земледелия Центрального района Нечерноземной зоны России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.01, доктор сельскохозяйственных наук Вьюгин, Сергей Михайлович

• Вьюгин, Сергей Михайлович
• доктор сельскохозяйственных наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор сельскохозяйственных наук Вьюгин, Сергей Михайлович

Введение.

1. Агроэкологическое состояние систем земледелия и пути их оптимизации

1.1. Критический анализ интенсификации земледелия на техногенной основе...

1.2. Альтернативные системы земледелия.

1.3. Оптимизация применения средств химизации в земледелие как основной фактор получения экологически безопасной и экономически выгодной продукции.

1.4. Оптимизация основной обработки почвы при экологизации земледелия.

1.5. Состояние и перспективы совершенствования севооборотов

2. Объекты и методы исследований.

3. Оптимизация плодородия дерново-подзолистых почв в системах земледелия экологической направленности.

3.1. Влияние удобрений и обработки на оптимизацию агрофизических свойств дерново-подзолистых почв.

3.1.1 Агрофизические свойства разноудобренной легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при их оптимизации (опыт N 1).

3.1.2. Изменение агрофизических показателей плодородия старопахотной легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных приемах почвоуглубления в зернопропашном севообороте

3.1.3. Оптимизация агрофизических свойств слабоокультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных сочетаниях основных звеньев систем земледелия в зернот-равянопропашном севообороте (опыт N 4). 89^,,,

3.1.4. Влияние равных систем обработки и агрохимикатов на изменение агрофизических свойств среднесуглинистой сред-неокультуренной дерново-подзолистой почвы в севообороте (опыт N 5).

3.2. Изменение агрохимических свойство дерново-подзолистых почв в системах земледелия экологической направленности.

3.2.1. Агрохимические свойства легкооуглиниотой старопахотной дерново-подзолистой почвы при разных сочетаниях основных звеньев систем земледелия (опыт N 2).

3.2.2. Оптимизация агрохимических свойств слабоокультуренной среднесуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных сочетаниях почвоулучшающих обработок и удобрений (опыт N

3.2.3. Динамика агрохимических свойств и баланс тяжелых металлов легкосуглинистой среднеокультуренной дерново-подзолистой почвы при повторном возделывании ячменя и кукурузы на силос (мелкоделяночные опыты).

3.2.4. Влияние разных технологий возделывания сельскохозяйственных культур на агрохимические свойства почвы и моделирование процессов их оптимизации (опыт N 5).

3.2.5. Изучение эффективности локального способа внесения минеральных удобрений при различной плотности почвы.

3.3. Оптимизация биологических свойств разноокультуренных дерново-подзолистых почв путем подбора приемов основной обработки почвы и уровней химизации..

3.1.3 Биологическая активность легкосуглинистой дерново-подзолистой почвы при разных технологиях возделывания полевых культур (опыт N 1).

3.3.2. Биологические свойства легкооуглиниотой старопахотной дерново-подзолистои почвы в звене севооборота при разноглубинных способах ее обработки (опыт N 2).

3.3.3. Влияние агротехнических приемов на количественные изменения биологических свойств олабоокуль-туренной сред-несуглинистой почвы (опыт N 4).

3.3.4. Комплексная оценка биологического состояния почвы при моделировании основных звеньев систем земледелия.

3.4. Оптимизация гумусового состояния разноокультуренных дерново-подзолистых почв при совершенствовании систем обработки и удобрения.

3.4.1. Оптимизация гумусового баланса при разных технологиях возделывания культур в условиях длительного опыта ТСХА (опыт N 1).

3.4.2. Баланс гумуса легкосуглинистой старопахотной почвы при разных сочетаниях основных звеньев систем земледе

-ТТ -г г !—г f ттст •» 1-riT * -г sг '-i \ С "

Лшг i.uiibiTbi ¿с ïï о)

3.4.3= Влияние способов основной обработки и удобрений на динамику гумусового состояния ореднесуглинистых дерново-подзолистых почв разной степени их окультуренности (опыты 4 и 5}.

3.4.4. Динамика процессов гумификации и минерализации органического вещества в разноплодородных почвах (мелкоделя-ночные опыты).

4. Оптимизация применения средств защита растений от сорняков, вредителей и болезней.

4.1. Влияние условий возделывания, способов разноглубинной обработки и агрохимикатов на засоренность почвы и посевов культур (опыты 1,2,4).

4.2. Оптимизация фитосанитарного состояния возделываемых в севообороте сельскохозяйственных культур посредством разноглубинной обработки почвы и уровней использования агрохимикатов (опыт N 5).----.

5, Агрозкономичеокая и энергетическая оценка основных звеньев систем земледелия экологической направленное

Х!'! а*алаалааал*ааллаллааллалаа*л*лалллаааалгеаа*лалаааа*лл*л ¡V О

5.1. Анализ итогов длительного опыта ТСХА по устойчивости сельскохозяйственных культур при различных системах удобрения (опыт N1)-.-.-.-.-.-.-.-.-.

5.2. Изменение продуктивности сельскохозяйственных куль.тур при разном сочетании основных звеньев систем земледелия на легкосуглинистых старопахотных дерново-подзолистых почвах (опыты 2 и 3).

5.3. Оценка эффективности сочетаний систем удобрения и обработки на. слабоокультуренных дерново-подзолистых почвах

СЗЙ1Ы7 ^Ч ^лааааеаялааааааляаааляаазахааалияааалхааеяхлаля**

5.4. Оценка эффективности сочетания систем удобрения и обработки на среднеокуль туренных дерново-подзолистых почва;-: (мелкоделяночные опыты, опыт 5).

5.5. Статистическая взаимосвязь элементов почвенного плодородия с продуктивностью сельскохозяйственных культур в. различных системах земледелия.

6. Нормативно-технологические показатели основных звеньев систем земледелия экологической и агроландшафтной ориентации.

6.1. Нормативы воспроизводста почвенного плодородия.

8.2. Нормативы химического загрязнения

6.3. Нормативы фитосанитарного состояния

Заключение диссертации по теме «Общее земледелие», Вьюгин, Сергей Михайлович

обще выводы

На основании длительных полевых опытов, в том числе опыта ТОКА, заложенного по инициативе Д.Н, Прянишникова, впервые для условии Центрального района Нечерноземной зоны России теоретически обоснованы, разработаны и комплексно оценены приемы оптимизации основных элементов систем земледелия биологической направленности, дана 1« энергетическая оценка, Предложены нормативно-технологические показатели агроэкологической оптимизации систем земледелия,

1, Для оптимизации агрофизических свойств суглинистых дерново-подзолистых почв необходимо проведение комплексного окультуривания посредством совместного внесения органических и минеральных удобрении на фоне вспашки с одновременным подпахотным рыхлением почвы ножами-щелерезами конструкции СОХИ или чизелева-ния. При этом твердость подпахотного слоя уменьшается на 25-30%, плотность - на 7,У-10,а водопрочнооть на - ь,8а.

2, Предложенные оптимальные параметры агрофизических свойств среднесутлиниотой окультуренной дерново-подзолистой почвы позволяют сделать вывод о том, что после интенсивного окультуривания нет необходимости затрачивать большие энергетические средства на проведение частых глубоких обработок, сопровождаемых внесением больших доз удобрении. Для придания оптимального состояния почве, в данном случае достаточно проведения недорогостоящих мелкорыхлящих обработок,

3. Энергосберегающая поверхностная дисковая обработка, почвы т"г í-% «i r\ -i i v t ■> ч-т i—\ ."i m A „—i m-r-v ■» r m * пт v *»TT mY »»т*. « »»*»»rt 1—r т r jn ттт ti m .-n чт «т **■"• r—. *T—. т* ttd, 1u~ xíl- um luiuuuuuxby t?T илулвтуровсшш) ilcjautnux'u ujiuíl а ¡звене

- 302 севооборота; озимые-пропашные-озимые на фоне МдоРдоК12о(под озимые) и МдпРэоК-!£0 совместно с 20 т/га навоза (под пропашные). Для оптимизации агрохимических свойств подпахотного горизонта необходимо обязательное рыхление подпахотного слоя почвы при одновременном внесении удобрения.

4. На разноокультуренных дерново-подзолиотых почвах установлена высокая агрозкономичеокая и экологическая эффективность локального внесения минеральных удобрений. При снижении нормы внесения на 25-30% по сравнению о разбросным внесением этот способ дает такую же урожайность. Однако пои рыхлении подпахотного слоя почвы эффективность локального внесения снижается,

5. Существенное влияние изучаемые способы экологизации систем земледелия оказали на загрязненность почв тяжелыми металлами, На интенсивном (МдзРвзКез) и умеренном ( М51р4бК4в) уровнях химизации в конце ротации шестипольного севооборота: 1.Ячмень; 2,Гречиха; 3.Однолетние травы; 4,Ячмень о подсевом клевера; 5.Клевер; 6. Озимая пшеница обнаружено титана, цинка., свинца., стронция несколько больше, чем на минимальном (М36Р31К31) и органическом (навоз, 15 т/га) вариантах. В свою очередь, на органическом фоне содержание в почве хрома и марганца было несколько выше по сравнению с умеренным уровнем химизации. На вариантах о чизелеванием выше содержание свинца и стронция. Причины этого явления и способы его устранения требуют более глубоких исследований.

6. Биологическая активность дерново-подзолистой почвы при разных технологиях возделывания озимой ржи неодинакова, Малоин-теноивная обработка почвы под бессменной рожью приводит к накоплению органического вещества и соответственно активизирует биологические процессы. Интенсивная обработка почвы в плодосменном

- 303 севообороте при наличии чистого пара сокращает запасы гумуса и снижает темпы активности почвенной биоты в 1,48 раза,

Установлена положительная корреляционная зависимость (г=0,7-0,8) между биологическими свойствами дерново-подзолистой почвы и уровнем гумуоированнооти пахотного и подпахотного слоев,

Интенсивные почвенно-микробиологические процессы в звене севооборота: озимые-пропашные-озимые характерны для вариантов опыта с почвоуглублением совместно со вспашкой и при глубоком безотвальном рыхлении почвы на 40 ом.

Исходя из комплексной оценки биологического "тонуса" почвы, наибольший суммарный показатель биологической .активности относится к вспашке с щелеванием и сочетанию чизелевания с дискованием при умеренных дозах минеральных (N5-^41 К4б) и органических (навоз 15 т/га) удобрений. Повышенные нормы минеральных удобрений (МучРвзКвз) вызывают депрессию ряда биологических процессов, в результате чего суммарная биологическая активность снижается по сравнению с умеренным фоном удобрений для слоя 0-20 см на 37%, для слоя 20-40 ом на 22%.

Локальный способ внесения пониженных доз минеральных удобрений (ЫзеРз1Кз1) оказывают положительное влияние на биологическое состояние дерново-подзолистых почв,

7, Для оптимизации гумусового баланса разноокультуренных дерново-подзолистых почв предложена усовершенствованная методика расчета величины "фактора минерализации", позволяющая вычленить роль обработки в превращении органического вещества почвы и рассчитать дозы органических удобрений для расширенного воспроизводства гумуса. Величина "фактора минерализации" тем выше, чем интенсивнее обработка почвы.

8. В условиях длительного опыта ТОМ малоинтенсивная обра

- 304 ботка под озимую рожь и лен-долгунец обеспечивают невысокие размеры непроизводительной минерализации органического вещества (фактор минерализации 1,40 и 1,51) по сравнению с интенсивной обработкой под картофель (фактор минерализации 1,84),

9. Общий уровень окультуренности и гумусированности дерново- под золистой почвы значительно влияет на оценку обработки почвы, как фактора сильно действующего на гумусовый баланс, Вместе с тем окультуривание почвы не изменяет направленности действия способов обработки на гумусовый баланс почвы: потери гумуса возрастают при переходе от минимальной к интенсивным системам обработки почвы,

Вместе с тем процессы закрепления (гумификации) свежего органического вещества б пахотной почве мало зависят от способов обработки почвы, Положительное влияние на коэффициент гумификации оказывает применение минеральных удобрений. На малогумуоиро-ванной почве процессы гумификации проходят более интенсивными темпами, чем на высокогумусированной,

10. В опыте с азотными удобрениями, мечеными М15, наблюдалось повышение использования азота удобрений и уменьшения использования азота почвы при снижении интенсивности обработки почвы до полного отказа от нее,

11. Разработанная и испытанная в опытах интегрированная защита растений включает в себе следующие звенья: разноинтеноивная переменная по глубине обработка почвы,минимально возможные дозы пестицидов и соблюдение основ чередования культур в севообороте на фоне принятой технологии возделывания культурных растений. Разработанный комплекс мероприятий существенно снижает фитосани-тарную напряженность агроценоза.

13, Фитосанитарное состояние посевов на органическом фоне с

- муЬ агротехническими приемами ухода за растениями примерно такое же как и при умеренных дозах использования пестицидов (гибель сорняков составляет соответственно 67,0 и 63,7%). Поэтому при переходе к земледелию на биологичеокои и ландшафтной основе необходимо для снижения экологической нагрузки в использовать агротехнические приемы уничтожения сорняков.

13. Остатки гербицида .2,4-ДА, особенно при использовании повышенных норм, в растениях фуражного ячменя достаточно высокие, После трех лет применения их содержание превысило ПДК для лактирующих животных и яйценосной птицы, но находится в пределах допустимых концентраций для животных и птицы на откорме, Почвоуглубление существенно снижает остаточное количество препарата в продукции.

14. Разработаны модели оптимального фитосанитарного состояния сельскохозяйственных культур шестипольного севооборота. Рассчитанные уравнения регрессии рекомендуется использовать для прогнозирования урожайности полевых культур при оптимальных показателях их фитосанитарного состояния,

15. Систематическое 64-летнее применение в длительном опыте ТСХА невысоких доз минеральных (N44,ЗР47,ЗК54,5) и органических (навоз 16,3 т/га) удобрений обеспечивает получение примерно равных урожаев озимои ржи и картофеля,

Статистический анализ подтвердил, что систематическое применение органических удобрении повышает устойчивость урожаев озимой ржи и картофеля и сокращает относительную колеблемость продуктивности указанных культур в благоприятные так и неблагоприятные по погодным условиям годы.

16. При севооборотном возделывании урожаи озимой ржи и картофеля были значительно более высокими и устойчивыми к отрица

- 306 тельному действию метеорологических факторов, особенно при длительном совместном внесении невысоких доз органических и минеральных удобрений,

17. На низкоплодородных ореднесуглиннотых почвах в условиях Смоленской области приемы почвоуглубления, осуществляемые кожами- щелерезами и чизельными плугами, на органе-минеральном фоне повышают продуктивность зернотравянопропашного севооборота в среднем на 12-15%, а биоэнергетическую эффективность возделываемых в севообороте культур на 11,6% по сравнению со вспашкой.

18, Продуктивность шестипольного севооборота не ореднесуглиннотых дерново-подзолистых почвах средней степени окультуоен-ности за ротацию при умеренной системе удобрений (N51^46-^46) составила 38,9 ц/га, при интенсивном (МдзРезКез) использовании минеральных удобрений 43,5 ц/га, при минимальном (М36Р31К31) локальном внесении удобрений - 37,1 ц/га, и по органическому (навоз, 15 т/га) фону - 37,6 ц/га,

19, Коэффициент энергетической эффективности возделывания полевых культур севооборота для разных уровней химизации оказался следующим: интенсивный - 3,21; органический - 3,18; минимальный - 3,17; умеренный - 3,05, Таким образом, биоэнергетическая оценка севооборота свидетельствует о довольно высокой эффективности локального внесения минеральных удобрений на минимальном и органическом фонах с внесением в качестве основного удобрения навоза, как главного фактора системы земледелия биологической направленности,

20. Для моделирования оптимальных сочетаний основных свойств дерново-подзолистых почв для улучшения их плодородия и получения стабильных и высоких урожаев сельскохозяйственных культур предлагаем использовать рассчитанные нами уравнения регрессии.

Разработана математическая модель урожайности озимой пщени-цы с учетом восьми ведущих переменных агрофизических факторов ореднеокуль туренной дерново-подзолистой почвы,

21, Разработанные впервые на основании экспериментальных данных и литературных источников нормативы воспроизводства почвенного плодородия, химического загрязнения и фитосанитарного состояния посевов позволяют моделировать системы земледелия экологической направленности для Центральных районов Нечерноземной зоны России,

- ans

Предложения производству

В условиях центрального района Нечерноземной зоны России оптимальной следует считать систему земледелия, предусматривающую невысокие (M5ÎP48K46) среднегодовые дозы минеральных удобрений, нижний предел доз пестицидов, рекомендованных для интенсивных технологий, в сочетании о углублением пахотного слоя чизель-ными плугами или ножами-щелерезами конструкции COXPL

Для контроля за оптимизацией основной обработки почвы о точки зрения рационального использования гумуса рекомендуется использовать условный показатель - фактор минерализации.

Методические разработки, выполненные в ходе диссертационных исследований целесообразно использовать в учебном процессе на агрономическом и экономическом факультетах сельскохозяйственных вузов.

Минеральные удобрения целесообразнее вносить локально в дозе в 1,4-1,7 раза меньшей чем вразброс, Продуктивность культур севооборота при этом практически не снижается.

Органическая система удобрений обеспечивает получение стабильных урожаев культур севооборота (37,6 ц з, ед, с 1га в среднем за ротацию севооборота) с хорошим качеством. Примерно такой результат получается при внесении минеральных удобрений в эквиваленте по сумме элементов питания минеральных удобрений.

Разработанные нами нормативно-технологические показатели следует использовать при конструировании разных• моделей систем земледелия современного периода развития отрасли в условиях Центрального района Нечерноземной зоны России,

Сложившаяся в стране экономическая ситуация порождает необходимость сочетания в системе земледелия экстенсивных и интенсивных подходов. Предстоит часть площадей выводить из оборота за счет интенсификации использования лучших земель. Имеется возможность в Смоленской области,например, больше получать грубых и сочных кормов с природных сенокосов и пастбищ, что позеолит зарезервировать на пашне деградационные площади для восстановления их плодородия. В то же время на плодородных землях целесообразно размещать хотя бы небольшие, но интенсивные севообороты.

Список литературы диссертационного исследования доктор сельскохозяйственных наук Вьюгин, Сергей Михайлович, 1998 год

1. Арлаускао М, Сравнение нормальной и мелкой вспашки на окультуренной почве, Инф. бюлл,Лит.НИИЗ, 1971, N 3, С. 3-15.

2. Арлаускао М.П, Минимальная обработка почвы /./ Земледелие, 1989, -N 10, - С. 58-59

3. Арманд Д.Л. Учение о ландшафте. М,: Мысль-, 1975, -195 с,

4. Ацци Дж. Сельскохозяйственная экология. М.: ИЛ,, 1959, РЗ/? п

5. Бабкин В,В,, Завалин А,А, Физиолого-биологические аспекты действия тяжелых металлов на растения, // Химия в сельском хозяйстве, 1995. - N 5. С, 17-21

6. Базаров Е.И,, Глинка В.В, , Мамонтова Л.А. Методика биоэнергетической оценки технологии производства продукции растениеводства. М,i Изд-во МСХ СССР, 1983, - 44 о,

7. Баздырев Г,И, Почвозащитные технологии обработки почвы и их влияние на засоренность и урожайность культур на склоновых землях Нечерноземья // Сб, науч, тр. ВАСХНИЛ, Ресурсосберегающие системы обработки почвы, М.: ВО Агропромиздат, 1990, С. 129-139,

8. Баздырев Г,И,, Сафонов А.Ф. Борьба с сорными растениями в системе земледелия Нечерноземной зоны, М.: Росагропромиздат, 1990, - 176 с,

9. Баздырев Г,И,, Смирнов Б,А. Сорные растения и борьба с ними, М.: Моек, рабочий, 1986, - 190 о,

10. Байбиков Р,Ф, Влияние длительного применения удобрений на структурное состояние дерново-подзолистых почв,// Состав, свойства и плодородие почв, Сборник научных трудов, Москва, изд-во МСХА, 1990. С, 37-41,

11. Варюшкина Н.М, К методике проведения агрохимических анализов в исследованиях с 15N. Бюллетень ВИУА, 1969, N 6, С,54.57.

12. У8, Долгов С,И, Влияние отроения почвы на испарение из нееводы,//06= науч. тр./ ВИУА. 1937.- Вып. 18, С, 15-19,

13. Долгов С,И, Исследовании подвижности почвенной влаги и ее доступности для растений. М,i Изд-во АН СССР, 1948, - 135 с.

14. Доспехов Б.А, Биологическая .активность длительно удобряемых почв,//Известия ТСХА. 1967. - Вып. 2. - С. 42-56.

15. Доспехов Б.А. Результаты и задачи исследований по разработке научных основ интенсивного земледелия в Нечерноземной зоне.// Известия ТСХА, 1975, - Вып. 4. С. 12-20.

16. Доспехов Б,А, Научные основы интенсивного земледелия в Нечерноземной зоне. М.: Колос, 1976. - 208 с,

17. Доспехов Б.А, Методика полевого опыта. М,: Колос,1979. - 416 с.

18. Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию, М.i Колос, 197V. - 368 с,

19. Доспехов Б.А., Пупонин А,И, Обработка почв в Нечерноземье,// Весник с.-х. науки. 1975. - N 12.- С. 12-26,

20. Доспехов Б.А., Пупонин А,И. Итоги и задачи исследований по обработке почв в Нечерноземной зоне,// Доклады ТОХА,-1976,- Вып. 219, С. 49-54,

21. Драчев С.М, Некоторые изменения органического вещества подзолистых почв при длительном паровании,// Научно-агрономический журнал,- 1927.-N 1, отдельный оттиск.

22. Дубов Ю.Г., Дороговцева Л.М., Степанова Т.А. Биологическая активность почвы при специализации севооборотов на производстве зерна,// Сб. науч. тр./ ВАСХНЙЛ.-М.: ВО Агропромиздат,

23. Колосов И.И. Поглотительная деятельность корневых систем растений.-М. *. Ивд-во АН СССР, 1962. 136 о,157, Колтунов Н.М., Швебо Г.И., Булгаков Д.С. Оптимизация структуры агроландшафтов=//Сб,науч, тр./РАСХН.-1992. -С.172-176.

24. Кононова М.М. Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучения.-М.:Изд-во АН СССР., 1951.- 391с.

25. Кононова М.М. Органическое вещество почвы, М. : Изд-во АН СССР, 1963. - 314 с,160, Костычев П.Д. Почва, ее обработка и удобрение, Практическое руководство, -СПб, 1898, 316 о,

26. Кочетов И,0,, Вьюгин С.М. Методика планирования полевых экспериментов на склоновых землях,// Известия ТСХА,-Вып.3.-1989, -С, 135 -138,

27. Т-. --П А "П ~-г ТЛ«тт Сi 'si fir trr-. Чза, rt.i , , ddjui jfih l-.ш. и др, j .240, Методические указания по ландшафтным исследованиям для сельскохозяйственных целей,/Под ред. Швебоа и П.Г. Шищенко. -М.: