Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Оптимизация обработки светло-каштановых почв в полупустынной зоне Волгоградского Заволжья

Специальность 06.01.01 - общее земледелие, растениеводство

Шачнев Владимир Павлович

Москва - 2013

Работа выполнена на кафедре земледелия и агрохимии ФГБОУ ВПО "Волгоградский государственный аграрный университет".

Научный руководитель: Беленков Алексей Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты: Сапожников Петр Михайлович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

МГУ имени М.В. Ломоносова, профессор

кафедры физики и мелиорации почв

Корчагин Алексей Анатольевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент,

Владимирский ГУ, доцент кафедры

почвоведения

Ведущая организация: ГНУ "Нижне - Волжский научно-

исследовательский институт сельского

хозяйства"

Защита диссертации состоится "____" _____________ 2013 года в _____ часов на заседании диссертационного совета Д.220.043.05 при ФГБОУ ВПО "РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева" по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.15, тел. /факс 8 (499) 976-24-92.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ФГБОУ ВПО "РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева"

Автореферат разослан "_____" ____________ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.В. Шитикова

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Научные исследования и производственная практика должны быть направлены на разработку и внедрение малозатратных технологий возделывания с. - х. культур, обеспечивающих приемлемую рентабельность и уровень производства. Особая роль здесь принадлежит совершенствованию системы основной обработки почвы, так как на нее расходуется 30-50 % энергетических и 20-25% трудовых затрат в современном растениеводстве (А.А. Жученко, 2004). В связи с этим необходимо разработать и совершенствовать составные звенья зональных систем адаптивно-ландшафтного земледелия, в том числе, и системы основной обработки почвы применительно к хозяйствам различных форм собственности.

Цель и задачи исследований. Цель исследований: изучить и обосновать эффективность системы основной обработки светло-каштановой почвы в зернопаровом севообороте с использованием различных приемов и орудий в полупустынной зоне Волгоградского Заволжья.

Для достижения поставленной цели решали задачи:

· дать оценку эффективности осенних и весенних приемов обработки почвы в севообороте: пар черный - яровая пшеница - яровой ячмень;

· изучить в типичном для зоны полевом севообороте влияние различных приемов разноглубинной обработки почв на динамику плодородия и урожайность сельскохозяйственных культур;

· установить рациональное сочетание и правильную комбинацию различных обработок почвы в зернопаровом севообороте;

· изучить возможность минимализации основной обработки светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья;

· дать агротехническую, экономическую и энергетическую оценку предлагаемых приемов обработки почвы.

Научная новизна. Впервые на светло-каштановых почвах Палласовского района Волгоградской области впервые проведено комплексное изучение эффективности зяблевой и весенней основной обработки различными почвообрабатывающими машинами и орудиями. Исследованиями доказана возможность и целесообразность обработки почвы, позволяющей с меньшими материальными и энергетическими затратами получать достаточно стабильные урожаи зерновых культур в данной почвенно-климатической зоне.

Практическая значимость. Комбинированные системы основной обработки почвы в зональных севооборотах относительно других вариантов позволяют рационально и экономно использовать трудовые и материальные затраты, снижать себестоимость продукции в 1-1,5 раза, увеличивая рентабельность производства зерна в 2-2,5 раза.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в отдельных сельскохозяйственных предприятиях Палласовского района Волгоградской области: ОАО "Калининское", КСП "Чапаевское", ГПЗ "Ромашковский", ЗАО "Сармат" на площади около 500 га с общим экономическим эффектом 184,0 тыс. руб.

Основные положения, выносимые на защиту:

агрофизические, агрохимические и биологические свойства светло-каштановой почвы в зависимости от приемов основной обработки;

формирование урожайности зерновых культур по вариантам обработки почвы;

сравнительная эффективность различных систем основной обработки почвы в полевом севообороте;

экономическая и энергетическая оценка разных по интенсивности вариантов обработки почвы под культуры севооборотного звена.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских научных и научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Волгоградского ГАУ (2007, 2008, 2009 гг.), научных конференциях РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева в 2008-2010 гг.

Публикация результатов исследований. По материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 6 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 203 страницах, включает 52 таблицы, 8 рисунков, состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений производству, содержит 34 приложения. Список литературы включает 202 источника, в том числе 8 иностранных авторов.

Содержание работы

Условия и методика проведения исследований

Комплексные исследования проводили в 2006-2009 гг. на опытном поле в учебно-опытном хозяйстве ГОУ ПУ №56 г Палласовки Волгоградской области.

По данным почвенного обследования Волгоградской агрохимслужбы, светло-каштановые почвы, на которых расположено учебно-опытное хозяйство, занимают 9,3 % от площади сельхозугодий области. Процентное содержание гумуса самое низкое по Волгоградской области и составляет в среднем 2,2 % в пахотном горизонте, а в горизонте В₁ - 1,5% (по Тюрину). Фосфорной кислоты содержится 2,4 мг/100 г почвы (по Мачигину), подвижного К₂О 23 мг/100 г почвы (по Бровкиной).

За четырехлетний период исследований наиболее благоприятным по основным агрометеорологическим показателям оказался 2006 г. (ГТК=0,67), средним - 2007 (ГТК=0,64) и 2008 - (ГТК=0,75) гг., особенно неблагоприятным оказался засушливый 2009 г. (ГТК=0,43).

Исследования проводились в зернопаровом севообороте со следующим чередованием культур: пар черный - яровая пшеница - яровой ячмень.

Схема опыта включала в себя следующие варианты (таблица 1).

Таблица 1 - Схема полевого опыта в учхозе ГОУ ПУ №56 г. Палласовки

№ п. /п.	Система обработки почвы в севообороте
	В черном (раннем) пару под яровую пшеницу	Ячмень	Условное обозначение
1	О20	О20	О20 - О20
2	П20	П20	П20 - П20
3	020	П12	О20 - П12
4	П20	О12	П20 - О12
5	О20	"0"	О20 - "0"
6	П20	"0"	П20 - "0"
7	Л10	П20	Л10 - П20
8	Б10	О20	Б10 - О20

Примечание: система основной обработки почвы осенью и весной в севообороте пар черный - яровая пшеница - ячмень, где О, П, Л, Б "0" - обработка почвы отвальная ПЛН-4-35, плоскорезная КПГ-250, лущение ЛДГ-10, БИГ-3, "нулевая" под яровую пшеницу и ячмень на 20, 12, 10, "0", т.е. на 20-22; 12-14; 8-10 cм, жирный шрифт - весенние обработки и варианты без обработки почвы - "0".

Полевой опыт включает 6 вариантов осенних и 2 весенних обработок пара под яровую пшеницу, 6 осенних и 2 нулевых обработок под ячмень. Повторность опыта четырехкратная, размещение делянок последовательное, двухъярусное.

Общая площадь опытной делянки: 550 м²; учетной делянки - 250 м². Общая площадь опыта 5,3 га.

В полевом опыте использовалась общепринятая для зоны исследований агротехника выращивания зерновых культур с набором традиционных машин и орудий, соблюдением агротехнических требований и параметров проведения операций.

В опыте высевались районированные сорта яровой пшеницы - Альбидум-29, ярового ячменя - Медикум-135 с одинаковой нормой высева 3 млн. шт. / га.

Исследования проводили по общепринятым методикам: плотность почвы с помощью режущего кольца; макроагрегатный (по Н.И. Саввинову) и микроагрегатный (по Н.Л. Качинскому) состав почвы; влажность почвы термостатно - весовым методом; биологическая активность методом распада льняных полотен; биологическая токсичность почвы методом растительных тестов; гумус по И.В. Тюрину; нитраты колориметрически с помощью реактива Грисса; аммоний колориметрически посредством реактива Несслера; подвижный фосфор по Б.П. Мачигину; обменный калий методом пламенной фотометрии; засоренность посевов количественно - весовым методом; накопление корней в почвенном монолите по Н.З. Станкову; пожнивных остатков по методики Госсортсети; биологический урожай и его структура по методике Госсортиспытания; фактическая урожайность сплошным методом при помощи прямого комбайнирования; экономическая эффективность расчетно-нормативным методом; агроэнергетической оценка методом энергетических эквивалентов. Статистическая обработка урожайных данных производилась методом дисперсионного анализа в изложении Б.А. Доспехова (1985) с использованием компьютерной программы "STRAZ".

Результаты исследований

1. Агрофизические показатели плодородия почвы

Плотность почвы. Плотность почвы является интегральным показателем ее агрофизических и механических свойств. Этот показатель динамичен и изменяется в зависимости от колебаний влажности, порозности почвы, её оструктуренности. Он определяет величину общей и интегральной пористости почвы, характер водно-воздушного и теплового режимов, интенсивность и направленность физико-химических и микробиологических процессов (И.Б. Ревут, 1976; А.Н. Сухов 1987; К.Г. Шульмейстер, 1995; И.Д. Шишлянников, 2004; А.И. Беленков. 2006).

В наших исследованиях наблюдалось изменение плотности почвы по отдельным годам. В засушливые, неблагоприятные по увлажнению годы (2008, 2009), она была меньше, чем в более увлажненные (2006 и 2007 гг.). Такая ситуация связана с воздействием ударных сил дождевых капель и гравитационных самой почвы, что вызывало ее самоуплотнение в черном пару и под с. - х. культурами. В засушливый период отмечалось уменьшение плотности почвы при наименьшем воздействии внешних сил на пахотный слой (таблица 2).

Различия между отдельными обработками носят достаточно отчетливый характер. Прослеживалась наибольшая величина плотности почвы по средним и мелким плоскорезным обработкам в сравнении со вспашкой на глубину 20-22 см. Поверхностные и нулевые обработки увеличивали плотность почвы в среднем на 0,03-0,05 г/см³ относительно мелких отвальных и плоскорезных.

Нами установлена устойчивая тенденция увеличения плотности почвы от парового поля к замыкающей севооборот культуре - ячменю. Это объясняется уменьшением количества обработок в последнем поле по сравнению с паром. Изменения плотности почвы вглубь по отдельным частям корнеобитаемого горизонта почвы носили восходящий характер, особенно при ограниченном механическом воздействии на почву приемами обработки и в результате самоуплотнения нижележащих слоев 10-20 и 20-30 см.

Среди различных систем и вариантов основной обработки, изучаемых в полевых опытах, отмечается увеличение плотности почвы от весны к середине лета и в пределах одного срока определения, отмечается меньшая величина плотности по постоянной вспашке на 20-22 см.

Таблица 2 - Плотность сложения пахотного слоя почвы в черном пару и под культурами зернопарового севооборота по отдельным годам, г/см³

№ п/п	Система обработки почвы	Черный пар	Яровая пшеница	Яровой ячмень
		2006 г	2007 г	2008 г	2009 г	Сред.	2006 г	2007 г	2008 г	2009 г	Сред.	2006 г	2007 г	2008 г	2009 г	Сред.
1	О20 - О20	1,15	1,13	1,11	1,11	1,12	1,17	1,14	1,11	1,11	1,13	1,22	1, 20	1,13	1,14	1,17
2	П20-П20	1,25	1,23	1,15	1,17	1, 20	1,23	1,22	1,16	1,16	1, 19	1,27	1,26	1, 20	1, 20	1,23
3	О20 - П12	1, 19	1,18	1,14	1,14	1,16	1,23	1,23	1,17	1,18	1, 20	1,28	1,28	1,22	1,23	1,25
4	П20 - О12	1,25	1,25	1,15	1,16	1, 20	1,27	1,25	1, 19	1, 19	1,23	1,29	1,29	1,23	1,25	1,27
5	О20 - "0"	1,26	1,23	1,17	1,18	1,21	1,23	1,23	1, 20	1, 20	1,22	1,33	1,30	1,23	1,23	1,27
6	П20 - "0"	1,27	1,25	1,16	1, 20	1,22	1,23	1,23	1,17	1,18	1,25	1,35	1,34	1,23	1,24	1,29
7	Л10 - П20	1,28	1,25	1,22	1,22	1,24	1,30	1,27	1,23	1,26	1,27	1,33	1,33	1,26	1,27	1,30
8	Б10-О20	1,28	1,27	1, 20	1,22	1,24	1,30	1,25	1,22	1,25	1,26	1,35	1,30	1,26	1,26	1,29
НСР05	0,05	0,05	0,03	0,03	-	0,05	0,04	0,06	0.04	-	0,05	0,04	0.05	0,04	-

светлая каштановая почва зернопаровой севооборот

Плоскорезное рыхление на одинаковую глубину приводило к увеличению плотности на 0,04-0,05 г/см³, наиболее уплотненными оказались варианты весенней обработки на 8-10 см лущильником и игольчатой бороной в черном пару под яровую пшеницу в сочетании с обработкой плугом и плоскорезом под ячмень. Нулевые варианты для последней в севообороте культуры обуславливали некоторое увеличение плотности почвы, но она сдерживалась средними отвальными и безотвальными обработками пара под яровую пшеницу. Следует отметить, что при первом сроке определения плотности почвы под яровой пшеницей и ячменем ее величина не выходила за интервал оптимальных параметров для зерновых культур (1,15-1,25 г/см³). При втором сроке определения отмечалось увеличение плотности выше требуемого предела, особенно это проявлялось на ячмене, под которым к уборке почва уплотнялась до 1,30 г/см³ и более, особенно на мелких обработках (таблица 3).

Таблица 3 - Плотность пахотного слоя почвы в пару и культурами опытного севооборота при двух сроках определения, г/см³ (среднее за 2006-2009 гг.)

№ п. /п.	Система обработки почвы в севообороте	Черный пар	Яровая пшеница	Ячмень
		весной	осенью	при посеве	к уборке	при посеве	к уборке
1	О20 - О20	1,10	1,13	1,10	1,15	1,13	1, 20
2	П20 - П20	1,15	1,25	1,14	1,25	1,18	1,27
3	О20 - П12	1.12	1, 19	1.16	1,24	1.22	1,32
4	П20 - О12	1.17	1.23	1, 20	1.26	1.20	1.32
5	О20 - "0"	1,16	1,26	1, 19	1,25	1.20	1.30
6	П20 - "0"	1.19	1,25	1,18	1.31	1.23	1,35
7	Л10 - П20	1.20	1.28	1,22	1,32	1.25	1,35
8	Б10 - О20	1.20	1.28	1,22	1.30	1,22	1,36
НСР05	0,04	0,06	0,03	0,03	0,04	0,05

Пористость почвы. Величины общей пористости пахотного слоя почвы менялись обратно пропорционально величине ее плотности, приобретая максимальное значение на тех вариантах, которые были менее уплотнены. Так, наибольшая пористость (55-58%) отмечалась в системе постоянной отвальной обработки под обе культуры севооборота. Минимальная пористость (50-55%) зафиксирована по трем последним вариантам основной обработки, где чередовались плоскорезная и нулевая, а также поверхностные и глубокие обработки плоскорезом и плугом. Остальные системы основной обработки почвы в пару и под отдельные культуры занимали промежуточное положение по влиянию на показатель. Установлена тенденция снижения пористости почвы от весны к лету-осени, от начала вегетации к ее окончанию (таблица 4).

Таблица 4 - Общая пористость пахотного слоя почвы в зернопаровом севообороте по отдельным вариантам полевого опыта, % (среднее за период исследований)

№ п. /п.	Система обработка почвы в севообороте	Черный пар	Яровая пшеница	Яровой ячмень
		весна	осень	перед посевом	к уборке	перед посевом	к уборке
1	О20 - О20	58,0	57,0	58,0	56,0	57,0	55,0
2	П20-П20	57,0	53,0	57,0	53,0	56,0	53,0
3	О20 - П12	58,0	55,0	56,0	54,0	54,0	51,0
4	П20 - О12	56,0	54,0	55,0	53,0	55,0	52,0
5	О20 - "0"	56,0	53,0	55,0	53,0	55,0	52,0
6	П20 - "0"	55,0	53,0	55,0	52,0	54,0	50,0
7	Л10 - П20	55,0	52,0	54,0	51,0	53,0	50,0
8	Б10-О20	55,0	52,0	54,0	52,0	54,0	50,0
НСР05	0,5	0,5	0,8	0,8	0,5	0,4

В наших исследованиях по всем вариантам в начале вегетации яровой пшеницы и ярового ячменя общая пористость в пахотном слое составляла 53,0 - 58,0 %, а к концу вегетации она снижалась до 50 - 55 %. В начале вегетации общая пористость подпахотного слоя на фоне вспашки была на 3-4 % ниже, чем на фоне безотвальной обработки, к концу вегетации эта разница составила 2-3 %. Незначительная разница по отдельным обработкам почвы наблюдалась в верхнем посевном слое. После прикатывания почвы вслед за посевом яровых культур общая пористость составляла 54 - 55% и была благоприятной для прорастания семян. Общая пористость почвы слоя в пару, под яровой пшеницей и яровым ячменем обеспечивала достаточную ее аэрацию и характеризовалась в основном как удовлетворительная и хорошая. Соотношение капиллярной и некапиллярной пористости колебалось от 2,0 до 5,4 с максимальными значениями при средней обработке почвы, выходящими в отдельные годы за границы агрономического минимума (менее 3,5).

Структурно-агрегатный состав почвы. Структура почвы является одним из первостепенных свойств, определяющих условия жизни растений и уровень почвенного плодородия (В.Р. Вильямс, 1946; Э. Рассел, 1955; Л.С. Роктанен, 1970; Н.С. Матюк и др., 2004; K. Manderung, 2006). Наши исследования показали, что сравнение различных способов обработки почвы под яровую пшеницу, идущую по пару, позволяет выделить вариант вспашки отвальным плугом на 20-22 см, по которой отмечалось наибольшее количество макроагрегатов (более 64%), максимальная величина коэффициента структурности (1.80) и критерия водопрочности (45). По плоскорезной обработке на 20-22 см, проводимой под яровую пшеницу, получено несколько меньшее количество макроагрегатов (63%) и, соответственно, наблюдалось относительное снижение коэффициента структурности (1,70) и критерия водопрочности (44,4) в сравнении со вспашкой. Обработки почвы на глубину 20-22 см обеспечивали более благоприятную структуру в сравнении с обработками на 8-10 см, что согласуется с ранее проведенными исследованиями (А.И. Беленков, 2010).

Рисунок 1. Структурно-агрегатный состав пахотного слоя почвы под яровой пшеницей в период появления всходов (среднее за 2006-2009г. г.)

Обработки почвы на 8-10 см, осуществляемые лущильником и игольчатой бороной весной, приводили к снижению содержания почвенных агрегатов размером от 0,25 до 10 мм, коэффициента структурности и критерия водопрочности в сравнении с отвальной, плоскорезной обработкой на 20-22 см.

Водный режим почвы. В Волгоградском Заволжье первостепенное значение имеют приемы накопления, сбережения и рационального использования почвенной влаги (М.В. Араканцев, 1976; В.Я. Ульченко, 1988; В.М. Жидков, 2004; Ю.Н. Плескачев, 2005; С.Н. Шевченко, 2008). Динамика влажности почвы от весеннего к летне-осеннему определению в пару, у культур по фазам приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Влажность метрового слоя почвы по вариантам основной обработки, % (среднее за 2006-2009 гг.)

№	Система обработки почвы	Черный пар	Яровая пшеница	Яровой ячмень
		весна	лето	Перед уходом в зиму	Перед посевом	колошение	к уборке	перед посевом	колошение	к уборке
1	О20 - О20	15,3	13,0	13,3	15,3	11,2	9,7	14,6	12,7	7,3
2	П20-П20	18,6	15,6	16,6	16,8	14,5	10,0	15,5	13,2	8,0
3	О20 - П12	15,2	13,5	13,4	16,3	13,1	10,7	14,9	12,5	7,9
4	П20 - О12	17,2	15,0	16,0	16,5	13,8	9,9	14,6	12,7	7,0
5	О20 - "0"	14,4	11,7	13,2	13,5	10,1	8,8	10,5	10,0	7,0
6	П20 - "0"	14,6	12,0	12,6	13,6	11,3	8,5	11,1	10,9	8,2
7	Л10 - П20	13,7	11,3	12,9	12,0	11,1	9,3	13,3	12,2	8,0
8	Б10 - О20	14,5	13,8	13,7	12,9	12,1	9,8	13,7	12,5	8,1
НСР05	2,2	2,5	2.9	1.5	2,3	1.1	2,0	1,5	1,0

Изучение влажности метрового слоя почвы показало, что в черном пару происходило незначительное снижение влажности в течение весенне-летнего периода, в среднем на 1-2%. Замедление потерь влаги отмечается в вариантах ежегодной плоскорезной обработки по сравнению со вспашкой и поверхностными весенними обработками. Более значительное снижение влажности почвы от начала к концу вегетации происходило под отдельными культурами, в среднем оно составляло 3-5%. Среди вариантов обработок в лучшую сторону выделялись плоскорезные обработки. По ним накапливалось до 13-18% влаги. Несколько меньше влаги содержалось по вспашке (10-15%). Поверхностные весенние обработки под яровую пшеницу и нулевые варианты на ячмене существенно уменьшали почвенный влагозапас (от 8 до 13%).

Динамика изменения запасов продуктивной влаги, усвояемой растениями, в метровом слое почвы под яровой пшеницей и ячменем по годам с различным уровнем увлажнения различалась существенно (рисунок 2). Так, в варианте сочетания плоскорезной обработки на 20-22 см под яровую пшеницу с мелкой отвальной на 12-14 см под ячмень запасы продуктивной влаги весной составили от 120,0 мм в 2006 г. до 55,0 мм в 2009 г., при среднемноголетних показателях (за 4 года) - 84,3 мм. К уборке урожая яровой пшеницы запасы влаги снизились от 42,0 мм в 2007 г., 17,0 мм в 2006 г. и даже до 0,0 мм в 2009 году. В 2008 году запасы влаги, наоборот, увеличились до 93,0 мм за счет осадков летнего периода. В остальные годы, независимо от количества выпавших осадков во время вегетации, запасы влаги к уборке культуры уменьшались на 30-80 мм.

Рисунок 2. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы под яровой пшеницей, мм (2006-2009 гг.)

Изучение динамики запасов продуктивной влаги, усвояемой растениями, в метровом слое почвы под яровым ячменем показало, что весной она варьировала от 137,0 мм до 46,0 мм при среднем показателе (за 4 года) - 80,0 мм (рисунок 3).

Рисунок 3. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы под яровым ячменем, мм (2006-2009 гг.)

Перед уборкой ячменя в 2006 и 2007 гг. влагозапасы составляли 13 и 38 мм соответственно, опускаясь до 0,0 мм в 2009 г. В 2008 году влаги содержалось более 90,0 мм из-за поступления атмосферной влаги в конце июня - начале июля, но она уже не могла быть полностью использована растениями.

При оценке эффективности использования почвенной влаги минимальный коэффициент водопотребления яровой пшеницы и ячменя - 362,4 и 181,8 мм/т зерна соответственно получен на делянках плоскорезного рыхления в пару на 20-22 см под яровую пшеницу в сочетании с последующей вспашкой под ячмень на 12-14 см.

В севообороте наблюдается нисходящая динамика значений по содержанию продуктивной влаги от поля пара к ячменю. Это связано с влагонакопительной ролью черного пара и его последействием на следующие культуры. Общая закономерность распределения вариантов обработки почвы по содержанию воды в ней одинакова для всех полей (культур) и, в целом, для всего севооборота (таблица 6). Более других накапливало продуктивной влаги сочетание в севообороте двух плоскорезных обработок на 20-22 см. Это проявляется в пару (69,2 мм) и под ячменем (60,5 мм). Под яровой пшеницей (82,5 мм) несколько выше отмечено содержание воды по комбинированной системе основной обработки, в которой после плоскорезного рыхления на 20-22 см в пару идет вспашка на 12-14 см под замыкающую культуру - ячмень. Близкие величины отмечались по варианту, где комбинируются отвальная и плоскорезная обработки - 80,3 мм по яровой пшенице и 61,4 мм под ячменем.

Таблица 6 - Содержание продуктивной влаги в слое почвы 0-1,00 м, мм (в среднем за 2006-2009гг.)

№ п. /п.	Система обработки почвы в севообороте	Черный пар	Яровая пшеница	Яровой ячмень	Среднее по севообороту
1	О20 - О20	60,2	76,4	58,4	65,0
2	П20 - П20	69,2	81,9	60,5	70,5
3	О20 - П12	58,2	80,3	61,4	66,6
4	П20 - О12	61,8	82,5	59,1	67,8
5	О20 - "0"	52,7	65,8	55,2	57,9
6	П20 - "0"	53,0	67,1	55,2	58,4
7	Л10 - П20	50,4	65,4	58,2	58,0
8	Б10 - О20	51,8	70,3	60,5	60,8
НСР05	5,8	4,2	2,0	-

Заслуживает внимания последняя комбинация боронование - вспашка, по которой в среднем накапливается 60,8 мм продуктивной влаги, что на 2,9 и 3,4 мм опережает пятый и шестой варианты. Не 2-5 мм меньше, чем в последнем, содержалось продуктивной по предпоследнему варианту, сочетающему лущение для яровой пшеницы и плоскорезную обработку под ячмень. На вариантах, где в замыкающем поле севооборота обработок не проводили, содержание продуктивной влаги было минимальным - в среднем 58-58,5 мм.

2. Биологические показатели плодородия почвы

Биологическая активность. В среднем за годы исследований максимальная биологическая активность почвы, определяемая по степени разложения льняного полотна, отмечалась при вспашке отвальным плугом как в черном пару (48%), так и под яровыми зерновыми культурами (36%). Здесь имеет место процесс создания условий повышенной заселенности микрофлорой подпахотных слоев и мобилизация микробиологических процессов за счет поступления свежих растительных остатков яровой пшеницы и ячменя. Сохранение растительных остатков на поверхности при плоскорезной обработке на 20-22 см не приводило к существенному снижению запасов влаги под культурами (таблица 7). Уменьшение глубины обработки почвы в пару (варианты 7-8) или под зерновые культуры (варианты 3-6) обусловливало относительное снижение показателя биологической активности на 6-20%, особенно отчетливо это проявилось в паровом поле.

Таблица 7 - Биологическая активность почвы по вариантам обработки почвы, % распада льняного полотна относительно начального (за 2006-2009 гг.)

№	Система обработки почвы в севооборо-те	Пар черный	Яровая пшеница	Ячмень
		2006 г.	2007 г.	2008 г.	2009 г.	сред.	2006 г.	2007 г.	2008 г.	2009 г.	сред.	2006 г.	2007 г.	2008 г.	2009 г.	сред.
1	О20 - О20	56	40	60	40	48	40	23	45	20	32	52	28	55	24	39
2	П20 - П20	50	34	53	35	43	36	21	40	19	29	50	25	54	25	38
3	О20 - П12	40	30	45	28	36	26	20	30	18	24	43	21	45	20	32
4	П20 - О12	40	32	40	25	34	24	21	27	18	22	40	23	46	19	32
5	О20 - "0"	32	25	36	21	28	21	19	22	17	21	20	16	20	15	17
6	П20 - "0"	27	19	31	17	24	20	16	21	15	18	17	13	20	10	15
7	Л10 - П20	20	17	22	15	18	20	18	22	16	20	33	26	30	19	25
8	Б10 - О20	26	20	27	15	22	23	18	23	18	21	28	30	31	19	27
	НСР05	12	8	12	13	11	10	6	14	11	10	9	8	11	5	8

Мелкие и поверхностные обработки под яровую пшеницу и ячмень приводили к стабилизации на одном уровне микробиологических процессов, происходящих в почве. Нулевые обработки под ячмень снижали величину распада полотна до 15-17%.

Среди отдельных лет исследований минимальная биологическая активность почвы, без относительно к вариантам ее обработки, отмечалась в более засушливые 2007 и 2009 гг., порядка 15-40%, в сравнении со средними по увлажнению 2006 и 2008 гг. - 20-60%.

Засоренность посевов. Посевы зерновых культур были засорены умеренно, с незначительным переходом от слабой к средней степени (таблица 8). Отвальные и разноглубинные обработки почвы в зернопаровом трехпольном севообороте являются наиболее эффективным и экологически чистым средством снижения засоренности посевов. При этом нецелесообразно увеличивать глубину обработки более, чем на 20-22 см, так как энергетические затраты на обработку почвы становятся неэквивалентны снижению засоренности. Мелкая и нулевая обработки почвы создают более благоприятные условия для роста и развития сорных растений. Обработка почвы на 8-10 см приводит к концентрации их семян в верхнем слое почвы.

Таблица 8 - Засоренность пара и посевов зерновых культур по вариантам основной обработки почвы, шт. /м² (в среднем за 2006-2009 гг.)

№ п. /п.	Система обработки почвы в севообороте	Черный пар	Яровая пшеница	Яровой ячмень	В среднем по севообороту
1	О20 - О20	11 24	5 16	7 17	7 19
2	П20 - П20	18 45	9 26	14 40	14 37
3	О20 - П12	15 38	6 29	6 28	9 32
4	П20 - О12	23 63	11 47	8 38	14 49
5	О20 - "0"	26 63	13 50	29 91	23 68
6	П20 - "0"	32 79	16 54	28 85	25 73
7	Л10 - П20	40 91	20 71	12 58	24 73
8	Б10 - О20	46 99	22 76	22 66	30 81

Примечание: числитель - количество, шт. /м²; знаменатель - воздушно-сухая масса, г/м².

Отрицательные последствия мелкой обработки наиболее заметны в увлажненные годы и в засушливый весенне-летний период, когда слабо очищается поверхностный слой парующего поля. Сочетание обработок уменьшает засоренность посевов в сравнении с нулевой и поверхностной.

3. Агрохимические показатели плодородия почвы

Накопление растительных остатков. Суммарное количество растительных остатков и их распределение по отдельным годам коррелирует с урожайностью полевых культур (рисунок 4). Суммарная максимальная масса растительных остатков яровой пшеницы и ячменя (1,50 т/га), отмечалась на варианте, где чередовались вспашка на 20-22 см и плоскорезное рыхление на 10-12 см. Далее в порядке убывания их количества следуют варианты постоянной отвальной и безотвальной обработок - 1.45 и 1,33 т/га.

Рисунок 4. Накопление пожнивных и корневых остатков зернопарового севооборота в зависимости от обработки почвы, т/га за 2006-2009 гг.

Сочетание в севообороте глубоких осенних и мелких весенних обработок (варианты 7,8) приводило к уменьшению массы растительных остатков двух культур относительно четвертого варианта на 0,43-0,93 т/га. На 0,67 и 0,81 т/га меньше, в сравнении с лидирующим сочетанием, накапливалось корневых и пожнивных остатков изучаемых культур на вариантах, сочетающих вспашку и плоскорезное рыхление с нулевой обработкой (варианты 5 и 6).

Содержание питательных веществ. Наибольшее количество питательных веществ отмечалось по вариантам постоянной отвальной и плоскорезной обработок, а также на вариантах, сочетающих средние и мелкие обработки плугом и плоскорезом (таблица 9). Минимальным содержанием нитратного (0,5-0,6 мг/100 г почвы) и аммиачного (0,8-1 мг/100 г почвы) азота характеризовались варианты, где чередуются осенние и весенние обработки почвы. С увеличением глубины и интенсивности обработки содержание возрастало в 2-3 раза. Более высокое содержание P₂О₅ и К₂О под яровой пшеницей было на варианте, сочетающем глубокие и нулевые обработки, а под ячменем при более глубоких обработках. Обобщая динамику питательных веществ по отдельным системам основной обработки, следует подчеркнуть, что максимальное количество нитратного и аммиачного азота содержалось по вспашке на 20 - 22 см, фосфора и калия по плоскорезному рыхлению на такую же глубину. Из других вариантов положительно выделялись комбинированные обработки с сочетанием отвальной и безотвальной, а также системы поверхностно-средних обработок.

Таблица 9 - Содержание элементов питания под культурами по вариантам основной обработки почвы, мг/100 г почвы (среднее за 2006-2009 гг.)

№ п. /п.	Вариант обработки почвы	Яровая пшеница	Ячмень
		NO3	NH4	P2O5	K2O	NO3	NH4	P2O5	K2O
1	О20 - О20	1,79	2,03	1,03	23,1	1,45	1,48	1,07	22,1
2	П20 - П20	1,52	1,77	0,90	25,1	1,12	1,43	2,54	28,9
3	О20 - П12	1,72	1,77	0,94	22,9	1,10	1,48	2,32	28,9
4	П20 - О12	1,71	1,88	0,92	23,0	1,30	1,39	1,91	29,4
5	О20 - "0	0,59	0,95	1,10	25,3	0,63	1,13	1,54	28,1
6	П20 - "0"	0,50	0,80	1,12	24,6	0,55	1,11	1,46	27,3
7	Л10 - П20	1,08	1,04	1,17	25,3	0,70	1,26	1,66	27,3
8	Б10 - О20	1,15	1,06	1,34	25,7	0,84	1,37	1,52	25,1

Структура урожая и урожайность. На структуру урожая и урожайность зерновых культур в годы исследований метеорологические условия оказали более существенное влияние, чем изучаемые системы обработки почвы. Установлено, что при длительной мелкой обработке почвы наблюдается тенденция ухудшения целого ряда показателей таких, как количество растений перед уборкой, число продуктивных стеблей, масса зерна в колосе, масса 1000 зерен, это связано с более низким уровнем влагообеспеченности (таблица 10).

Таблица 10 - Урожайность зерновых культур по вариантам основной обработки почвы, т/га

№ п. /п.	Система обработки почвы в севообороте	Яровая пшеница	Яровой ячмень
		2006	2007	2008	2009	Сред	2006	2007	2008	2009	Сред.
1	О20-020	0,55	0,83	0,49	0,09	0,49	0,89	1,13	0,81	0,13	0,74
2	П20-П20	0,51	0,45	0,76	0,08	0,45	0,78	0,71	0,99	0,11	0,65
3	О20 - П12	0,53	0,80	0,47	0,09	0,47	0,75	0,68	0,95	0,11	0,62
4	П20 - О12	0,59	0,52	0,88	0,09	0,52	1,10	1,39	1,0	0,16	0,91
5	О20 - "0"	0,39	0,47	0,28	0,05	0,30	0,70	0,63	0,69	0,10	0,58
6	П20 - "0"	0,25	0,37	0,22	0,04	0,22	0,51	0,64	0,46	0,07	0,42
7	Л10 - П20	0,49	0,57	0,66	0,08	0,45	0,69	0,74	0,89	0,13	0,61
8	Б10 - О20	0,59	0,44	0,74	0,08	0,46	0,88	1,12	0,8	0,13	0,73
НСР05, т/га	0,07	0,11	0,13	0,03	-	0,12	0, 20	0,10	0,05	-

Минимальной она была в 2009 году, особенно - яровой пшеницы на 5 и 6 вариантах - 0,04-0,05 т/га, а ярового ячменя на тех же вариантах - 0,07-0,10 т/га

Максимальную урожайность в исследуемые годы яровая пшеница сформировала при безотвальной глубокой обработке в 2008 году - 0,88 т/га и в варианте 3 в 2007 году при отвальной глубокой - 0,83 т/га, а яровой ячмень в 2007 году в варианте 4 при отвальной мелкой обработке - 1,39 т/га и в варианте 1 при отвальной глубокой - 1,13 т/га.

Рисунок 5. Продуктивность зернопарового севооборота в зависимости от основной обработки почвы, т/га (в среднем за 2006-2009 гг.)

В зернопаровом севообороте комбинация и чередование основных обработок почвы повлияли на общую продуктивность культур (рисунок 5). Так, наиболее высокая продуктивность севооборота (0,48 т/га) отмечена при чередовании средней и мелкой обработок соответственно плоскорезом и плугом. На 0,07-0,08 т/га меньше данной комбинации давали первый и восьмой варианты, в которых проводилась постоянная вспашка и сочетание поверхностных и средних обработок соответственно. Наименее продуктивными оказались варианты 5 и 6, сбор зерна здесь составил 0,29 и 0,21 т/га.

Агроэнергетическая и экономическая эффективность. Система обработки почвы считается эффективной, если биоэнергетический коэффициент равен или более единицы. Максимальные значения накопленной, приращенной энергии и коэффициента энергетической эффективности (1,23) получены по варианту комбинированной обработки, включающей плоскорезное рыхление на 20-22 см под яровую пшеницу и вспашку на 12-14 см под ячмень (таблица 11). Близкие показатели из-за меньших энергетических затрат получены при обработке почвы бороной БИГ-3 под первую культуру и весенней отвальной обработке под вторую.

Отрицательные результаты агроэнергетической оценки систем основной обработки почвы обусловливало сочетание глубоких отвально-безотвальных обработок на 20-22 см под яровую пшеницу с нулевыми вариантами для ячменя. Коэффициент энергетической эффективности равнялся 0,94 и 0,72.

Таблица 11. Агроэнергетическая эффективность систем основной обработки почвы в зернопаровом севообороте (среднее за 2006-2009 гг.)

№ п. /п.	Вариант обработки почвы	Продуктивность севооборота, т/га	Энергия, МДж/га	Энергоемкость 1 т, МДж/га	Затраты энергии на 1 кг родукции, Дж	КЭЭ коэф. энерг. эффект.
			Накопленная в продукции	Затраченная на возделывание культур
1	О20 - О20	0,41	20311	18890	46073	46,7	1,08
2	П20-П20	0,37	18167	17762	48005	48,0	1,02
3	О20 - П12	0,36	18005	17484	48567	48,57	1,03
4	П20 - О12	0,48	22606	18355	38340	38,34	1,23
5	О20 - "0"	0,29	14524	15500	53448	53,45	0,94
6	П20 - "0"	0.21	10563	14649	69757	69,76	0,72
7	Л10 - П20	0,35	17643	16743	47837	47,84	1,05
8	Б10 - О20	0,40	19649	16524	41310	41,31	1, 19

В среднем за годы исследований, экономически наиболее эффективным выглядит вариант 4 (П20-О12) (таблица 12). Здесь отмечались самая низкая себестоимость единицы продукции (3135,52 руб. /т), максимальный чистый доход (1371,5 руб.) и рентабельность (43,7%).

Таблица 12 - Экономическая эффективность различных систем основной обработки почвы в севообороте (среднее за 2006-2009 гг.)

№	Продук-тивность севообо-рота, т/га	Затраты на произ-водство зерна руб. /т	Себестоимость 1 т зерна, руб.	Цена реализа-ции руб. /т	Стоимость основной продукции, руб.	Чистый доход, руб.	Уровень рентабельности, %
						на 1 т	на 1 га
1	0,41	1576,86	3846,00	4443,10	1821,67	597,1	244,81	15,5
2	0,37	1528,7	4129,73	4375,94	1619,10	246,21	90,4	6,0
3	0,36	1544,29	4289,69	4347,11	1564,96	57,42	20,67	1,3
4	0,48	1505,05	3135,52	4507,07	2163,39	1371,5	658,34	43,7
5	0,29	1474,67	5085,07	4257,39	1234,64	-827,7	-240,0	-16,3
6	0,21	1463,34	6968,29	4265,90	895,84	-2702	-567,5	-38,8
7	0,35	1351,38	4033,97	4323,15	1513,10	289,18	161,72	7,2
8	0,40	1303.71	3259,28	4332,0	1732,80	1072,7	429,09	33,0

Убыточными оказались 5 и 6 варианты. Самые низкие экономические показатели получены по варианту 6, они соответственно равнялись 6968,3 руб., - 2702 руб. и - 38,8%

Выводы

1. Исследования, проведенные в засушливых условиях Волгоградского Заволжья, позволили выявить и оценить наиболее совершенные системы обработки почвы в зернопаровом севообороте пар черный - яровая пшеница - ячмень.

2. В силу своих морфолого-генетических свойств светло-каштановые почвы имеют более высокое уплотнение пахотного слоя при смешанных глубоких и "нулевых" обработках. Постоянная вспашка способствовала снижению плотности почвы на 0,04-0,07 г/см³.

3. Глубина основной обработки не оказывает значительного влияния на макро - и микроагрегатный состав почвы, однако при систематической поверхностной обработке наблюдается распыление верхнего слоя почвы и уменьшение водопрочности его структуры.

4. Глубина осенней обработки не оказывает значительного влияния на содержание и динамику почвенной влаги в посевах яровой пшеницы, ячменя и черного пара. В годы с большим количеством вневегетационных осадков и предпахотным увлажнением преимущество по весеннему увлажнению имеет глубокая вспашка в пределах 5-8%. Постоянная мелкая обработка приводит к ухудшению водного режима.

5. Максимальная биологическая активность почвы наблюдается при постоянной отвальной обработке на 20-22 см в севообороте. В пару она равнялась 48%, под яровой пшеницей - 32%, на ячмене - 39%.

6. Увеличение глубины обработки почвы более 20-22 см существенно не сказывается на количественном и качественном составе сорняков. В то же время применение поверхностных обработок (отвальных и безотвальных) в сочетании с "нулевыми" создают наиболее благоприятные условия для развития сорняков, их количество и масса возрастает 3-3.5 раза.

7. Исследованиями установлено, что под отдельными культурами за вегетационный период накапливается после яровой пшеницы от 0,15 до 0,34 т/га корневых и пожнивных остатков; после ярового ячменя соответственно 0,54-1,16 т/га. По содержанию органического вещества растительные остатки яровой пшеницы равноценны - 0,53-1,21 т/га навоза; растительные остатки ярового ячменя 1,80-3,86 т/га навоза.

8. Наиболее высокое содержание питательных веществ обеспечивается при глубоких обработках почвы. Мелкие и поверхностные обработки приводили к уменьшению содержания азота, фосфора и калия в пахотном слое в 1,2-1,5 раза и к их более поверхностной дислокации.

9. В более увлажненные годы проявляется преимущество отвальной обработки, в засушливые - плоскорезной по влиянию на урожайность зерновых культур. Наиболее эффективна комбинация приемов и глубины в севообороте (П20 - О12), приводящее к увеличению продуктивности на 0,10-0,20 т/га относительно мелких и поверхностных обработок в сочетании с "нулевой".

10. Максимальные значения накопленной энергии (22506 мДж/га) и коэффициента энергетической эффективности (1,23) получены по варианту комбинированной обработки, включающей плоскорезное рыхление на 20-22 см под яровую пшеницу и вспашку на 12-14 см под ячмень. Здесь же отмечались самая низкая себестоимость единицы продукции (3135,52 руб.), максимальный чистый доход (1371,5 руб.) и уровень рентабельности (43,7%),

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. На светло-каштановых почвах Волгоградского Заволжья в трехпольном зернопаровом севообороте рекомендуется применять разноглубинную комбинированную систему основной обработки почвы, включающую плоскорезное рыхление на 20-22 см в черном пару под яровую пшеницу и отвальную вспашку на 12-14 см под ячмень, что позволяет увеличить продуктивность севооборота и снизить себестоимость продукции в 1,5 раза, увеличить рентабельность производства зерна в 2-2,5 раза.

2. В случае невозможности своевременного и качественного проведения зяблевой обработки под все культуры севооборота, ее следует сочетать с поверхностной ранневесенней обработкой на 8-10 см, используя дисковый лущильник и игольчатую борону.

3. В исключительных случаях, в целях экономии времени и средств, возможно применение чередования "нулевой" обработки под замыкающую севооборот культуру в сочетании с глубокой вспашкой или плоскорезным рыхлением на 20-22 см в пару под яровую пшеницу.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации

2. Беленков, А.И. Роль севооборота и обработки почвы в совершенствовании системы сухого земледелия Волгоградской области / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А. Холод // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. - 2007. - №1 (5). - С.46-51.

3. Беленков, А.И. Статистическая связь между урожайностью зерновых культур и плодородием при различных способах основной обработки зональных почв Нижнего Поволжья / А.И. Беленков, В.П. Шачнев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. - 2007. - №3 (7). - С.11-14.

4. Беленков, А.И. От традиционных агротехнологий к инновационным /А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А. Холод // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. - 2008. - №1 (9). - С.70-75.

5. Беленков, А.И. Совершенствование полевых севооборотов и основной обработки светло-каштановых почв в условиях Волгоградской области /А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А. Холод // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2009. - №3. - С.38-45.

6. Беленков, А.И. Совершенствование системы земледелия Нижнего Поволжья / А.И. Беленков, А.Н. Сухов, В.А. Крейс, В.П. Шачнев, А.А. Холод // Агро XXI. - 2009. - №10-12. - С.22-23.

7. Беленков, А.И. Особенности полевых севооборотов и систем обработки почвы Волгоградской области / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А. Холод // Земледелие. - 2010. - №2. - С.22-24.

8. Статьи в сборниках научных трудов и материалах конференций

9. Беленков, А.И. Система сухого земледелия: реальность и перспектива/ А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А. Холод. // Вестник АПК Волгоградской области. - 2007. - №4 (272). - С.11-13.

10. Беленков, А.И. От традиционных агротехнологий к системе точного земледелия / А.И. Беленков, В.П. Шачнев, А.А. Холод // Доклады ТСХА. Вып.280. - Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2008. - С.22-24.

11. Шачнев, В.П. Сравнительная оценка способов основной обработки светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья / В.П. Шачнев // Материалы конференции молодых ученых и специалистов. - Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2008. - С.306-309.

12. Шачнев, В.П. Сравнительная оценка систем основной обработки светло-каштановой почвы в Волгоградском Заволжье / В.П. Шачнев // Материалы конференции молодых ученых и специалистов "Вклад молодых ученых в развитие инновация аграрной науки". - Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2009. - С.170-174.

13. Шачнев, В.П. Сравнительная эффективность основной обработки светло-каштановой почвы в Волгоградском Заволжье / В.П. Шачнев // Материалы конференции молодых ученых и специалистов. - Москва: РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2010. - С.170-174.

Размещено на Allbest.ru