4 ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследований. Соя как ценнейшая высокобелковая и масличная культура благодаря своей исключительной народнохозяйственной значимости получила большое распространение во многих странах. За последние тридцать лет мировое производство ее утроилось, достигнув 160-170 млн т, занимая четвертое место после кукурузы, пшеницы и риса. Если в мировом земледелии соя стала ведущей сельскохозяйственной культурой, то в нашей стране, несмотря на имеющиеся реальные возможности, должного распространения она не получила, что в известной степени сдерживается недостаточной изученностью технологи возделывания на неорошаемых землях, в частности приемов обработки почвы.
В настоящее время основная обработка почвы под сою предусматривает зяблевую вспашку на глубину 25-27 см (Система ведения агропромышленного производства Ростовской области на период 2001-2005 гг., 2001). Этот прием весьма энергоемкий и влечет за собой значительный расход горюче-смазочных материалов.
На основании этого возникла необходимость проведения комплексных исследований по совершенствованию способов основной обработки почвы под сою, менее энергоемких, в то же время с меньшими нагрузками на почву, повышающих урожайность культуры.
Цель исследований. Целью исследований является изучение различных способов и глубины основной обработки чернозема обыкновенного, обеспечивающих его оптимальные водно-физические свойства, повышение урожайности семян сои и снижение энергозатрат.
Задачи исследований:
1. Изучить водно-физические свойства почвы под посевами сои при различных приемах и глубине обработки;
2. Установить биологическую активность чернозема обыкновенного под влиянием приемов основной обработки;
3. Определить засоренность посевов сои при различных способах и глубинах обработки почвы;
4. Определить урожайность семян сои в зависимости от приема и глубины обработки почвы;
5. Провести оценку различных приемов основной обработки почвы в энерго- и ресурсосберегающем аспекте. Научная новизна. Изучены и обоснованы энерго- и ресурсосберегающие способы и глубина основной обработки чернозема обыкновенного приазовской зоны Ростовской области на неорошаемых землях при возделывании семян сои.
Установлены количественные показатели динамики физических свойств почвы, ее биологической активности и урожайность семян сои под влиянием различных способов и глубины основной обработки почвы.
Предметом защиты являются:
- влияние различных способов и глубины основной обработки на водно-физические свойства, засоренность посевов сои и биологическую активность чернозема обыкновенного;
- урожайность сои в зависимости от способов и глубины основной обработки почвы;
- биоэнергетическая и экономическая оценка различных способов и глубины основной обработки чернозема обыкновенного.
Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований установлен и предложен производству способ и глубина основной обработки чернозема обыкновенного приазовской зоны Ростовской области, обеспечивающий повышение урожайности семян сои, снижения энергетических и экономических затрат.
Обоснованность и достоверность полученных результатов. Результаты подтверждены большим объёмом экспериментального материала и статистической обработкой данных.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации доложены на аспирантских сессиях Донского ЗНИИСХ (2002, 2003, 2004 гг.), опубликованы в пяти печатных работах.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка и внедрение результатов исследований проведены в ЗАО "Елкинский" Багаевского района, Ростовской области.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложения производству, списка используемой литературы, включающего 219 наименований, в том числе 10 иностранных авторов. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 8 рисунков и 11 приложений.
7 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Распространение и народнохозяйственное значение
сои
Соя — одна из самых распространенных зернобобовых и масличных культур нашей планеты, которая возделывается более чем в шестидесяти странах, на пяти континентах, в умеренном, субтропическом и тропическом поясах на площади около 55 млн га. В мировом производстве зернобобовых культур соя занимает 50% валовых сборов.
Большой удельный вес сои в группе растений, богатых белком, объясняется особенностями химического состава семян. (Ше-уджен А.Х. и др., 2001). В ее семенах содержится 18-24 % жира, до 45 % и более полноценного сбалансированного по аминокислотам белка, 23-25 % углеводов и много различных витаминов (А, В, С, D, Е). По универсальности использования с соей не может сравниться никакая другая культура. Из нее изготавливают свыше 400 различных продуктов и промышленных изделий.
Основные продукты, получаемые из семян сои, - масло и мука. Масло после рафинирования используется как пищевое. Кроме того, оно идет на изготовление маргарина, мыла, для производства клеенок, линолеума, глицерина, смазочных масел и т. п. Из соевой муки в широком ассортименте вырабатывают различные кондитерские изделия, из семян и жмыха получают соевое молоко, плавленый сыр, творог и другие пищевые продукты, а также желатин и лецитин, применяют для изготовления медицинских препаратов.
Размолотый жмых идет на приготовление шоколада, его добавляют в пшеничную муку при выпечки хлеба, добавляется в кондитерские изделия и макароны. Помимо всего, он служит пре-
8
красным белковым кормом, так как содержит до 47 % переваримого белка. Недозрелые семена сои используют для консервирования и приготовления соусов (Краснокутский В.П., 1960; Машкевич Н.И., 1974; Подобедов А.В., Тарушкин В.И., 1998).
Велико значение сои как азотфиксирующей культуры. Благодаря этой способности она обогащает почву азотом и снижает затраты на удобрения; является хорошим предшественником зерновых и других небобовых сельскохозяйственных культур. При усиленной фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями на корнях соя на 40-70 % своей потребности в азоте удовлетворяет за счет содержания его в атмосфере.
Обладая активной усвояющей способностью корней, соя использует малодоступные и труднорастворимые для злаков минеральные соединения не только из пахотного горизонта, но и из более глубоких слоев. Соя может успешно использоваться и в качестве зеленого удобрения (Енкен В.Б., 1930; Бардин Г.С. и др., 1932; Руденко В.И. и др., 1977; Лавриненко Г.Т. и др., 1978; Пен-чуков В.М. и др., 1984).
В настоящее время основные посевы сои в нашей стране сосредоточены на Дальнем Востоке — в Амурской области, Хабаровском и Приморском краях (Лебедев И.А. 1961; Черпак В.Ф. 2000).
Для Северного Кавказа сою можно считать новой культурой, хотя изучением ее здесь занимались с 1909 г., начали внедрять в тридцатые годы. Однако возделывали ее тогда в основном как масличную культуру. Поскольку соя не могла соперничать в этом отношении с подсолнечником, прекратили выращивать вообще (Агаджанян Г.А., Токова В. П., 1978).
Посевная площадь сои в Ростовской области составляла 139 га (1999г.) при урожайности 5-7 ц/га. В перспективе площади под соей целесообразно расширить до 20-30 тыс. га., чтобы ежегодное
9
производство семян достигало 30-40 тыс. т. (Система ведения агропромышленного производства Ростовской области на период 2001-2005 гг., 2001).
Современная технология производства сои предусматривает значительный объем механизированных работ, которые следует выполнять с учетом ее агробиологических особенностей.
В задачу создания оптимальных условий для роста и развития сои входит качественная подготовка почвы, обеспечение оптимальных условий питания, эффективные методы борьбы с сорняками, качественное выполнение всех операций по уходу за растениями в течение их вегетации (Терентьев Ю.В., 1982).
Агротехнические приемы должны быть направлены на создание и поддержание в почве физических значений на уровне, необходимом для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур. Это требует применения определенного комплекса мероприятий в зависимости от почвенно-экологических условий, рельефа и биологических особенностей растительности. Разработанные на основе знаний агропроизводст-венных свойств они дают возможность управлять почвенными процессами с целью повышения урожайности выращиваемых культур (Мамедов Р.Г., 1990).
Обработка почвы является универсальным средством воздействия на ее физические свойства, накопление и сохранение влаги, уничтожение сорняков, создание благоприятных условий для роста и развития культурных растений. Особое место при этом занимают способы и глубина основной обработки почвы - самые старые и спорные вопросы в земледелии (Бородин Н.Н., 1976; Максименко Л.Д., Рындин В.М., Мелешко В.Г., 1979).
10
1.2. Влияние обработки на структурно-агрегатный состав и плотность сложения почвы
Оптимизация физических свойств почвы является частью общей проблемы оптимизации среды обитания культурных растений (Бондарев А.Т., Медведев В.В., 1980; Мамедов Р.Г., 1988).
Структура почвы — один из важных показателей физического состояния почвы. Она определяет благоприятное строение пахотного слоя, ее водные, физико-механические и технологические свойства.
На ведущее значение макроструктуры как основы благоприятных агрофизических свойств в почвах в своих работах указывали К.К. Гедройц (1926, 1955), А.Н. Соколовский (1933), В.Р. Вильяме (1946), Н.А. Качинский (1947, 1963), В.А. Францессон и А.В. Герасимова (1959), А.Г. Дояренко (1966). П.В. Вершин, (1958); Д.И. Буров, (1970); В.И.Румянцев, (1979) большое значение придавали обработке почвы как способу улучшения ее структурных качеств. Однако научные сообщения показывали, что механическая обработка, с одной стороны, улучшает, с другой, наоборот, ухудшает структурные качества почвы.
В.Р. Вильяме (1951), А.И. Попов, Э.Ю. Нигис, А.К. Махк-лот-Сугертс (1977) считали, что обработка и особенно интенсивная приводит к разрушению структуры, что влечет за собой распыление почвы. В работах А.А. Измаильского (1949) и П.А. Кос-тычева (1951) показано, что использование целинного чернозема под сельскохозяйственные культуры, длительная и нерациональная его распашка сопровождалась разрушением структуры, образованием пыли и глыб, ухудшением вследствие этого водного режима.
И.Б. Ревут (1960) утверждал, что обработкой почвы нельзя обеспечить создание водопрочности в почвенных агрегатах. Вое-
11
становление водопрочности в них начинается именно с того момента, когда почва остается без обработки, переводится в перелог.
Целинные и залежные земли постепенно теряют свойства водопрочности макроагрегатов даже при совершенных методах обработки. По мнению Н.Б. Хитрова и О.А. Чечуевой (1994), при распашке черноземов качество почвенной структуры переходит из хорошего и среднего состояния в низкое и даже неудовлетворительное.
При этом немаловажное значение имеет глубина и способ обработки почвы. И.П. Котоврасов (1985) отмечал улучшение структурно-агрегатного состава малогумусного легкосуглинистого чернозема от глубокой вспашки по сравнению с поверхностной обработкой.
На большее распыление почвенной структуры при ежегодной поверхностной обработке по сравнению со вспашкой и безотвальным рыхлением указывали Т.И. Киекбаев (1996): в слое почвы 0-10 см увеличивалось содержание агрегатов менее 1-2 мм.
Н.И. Кабанова (1981), В.П. Васильев, П.А. Чуданов (1984), В.В. Яровенко и др. (1984), В.В. Медведев (1988) утверждали, что плоскорезная обработка больше, чем вспашка, способствовала увеличению агрономически ценных агрегатов.
По данным Н.К. Шикулы (1990), замена вспашки на бесплужную обработку в Полтавской области увеличила содержание в черноземной почве макроструктурных агрегатов в 1,5-2 раза. В исследованиях П.К. Иванова, Л.И. Коробовой (1968), К.Г. Шульмей-стера (1975) количество водопрочных агрегатов в пахотном слое черноземов Поволжья при проведении плоскорезной, поверхностной и нулевой обработок было выше, чем при отвальной вспашке.
Изучение Н.А. Старовойтовой (1984) минимальной обработки почвы показало, что в слоях 10-20 и 20-30 см произошло улуч-
12
шение агрегатного состава и увеличилось количество водопрочных агрегатов по сравнению со вспашкой.
Но Г.И. Казаков (1997) установил, что различные способы обработки почвы незначительно изменяют содержание структурных агрегатов в черноземной почве. Данные Н.В. Гниненко (1982), Н.С. Голоусова (1984) также свидетельствовали, что существенных изменений в структурном составе почвы в слоях 10-20 и 20-30 см в зависимости от обработки не происходило.
Характеризуя процесс почвообразования и факторы его обуславливающие П.А. Костычев (1949) отмечал, что плотность сложения почвы связывает весь комплекс физических и биофизических процессов (цитир. по Моргун Ф.Т., Шикула Н.К., 1984).
Она оказывает большое влияние на водный, воздушный режим, интенсивность биологических процессов, газообмен между почвой и атмосферой и ряд других свойств почвы (Ревут И.Б. и др., 1971; Доспехов Б.А. и др., 1987).
В зависимости от почвенно-климатических условий и биологических особенностей сельскохозяйственным культурам соответствует своя оптимальная плотность, при которой происходит нормальное развитие растений и формируется высокий урожай (Третьяков Н.Н., Галицкий В.И., 1963; Иванов П.К., Коробова Л.И., 1968; Нарциссов В.П., 1976; Сидоров М.И., 1981). Чем меньше различия между оптимальной и равновесной плотностью, тем в менее интенсивной обработке нуждается почва (Гордиенко В.П., 1980).
В.В. Медведев (1988) на основании анализа данных многих исследователей приводил диапазоны оптимальной плотности черноземов обыкновенных и южных: для зерновых колосовых и кукурузы 1,05-1,30 г/см3, подсолнечника 1,25-1,30 г/см3. Отклонение
13
плотности почвы от оптимума в сторону увеличения или уменьшения ухудшает условия жизни растений и снижает их урожайность.
Г.И. Казаков (1997) считал, что оптимальная плотность для сельскохозяйственных культур должна быть дифференцированной по глубине пахотного слоя: рыхлой до 7 см для яровых и озимых колосовых зерновых, до 10 см для крупносемянных культур (кукурузы, подсолнечника, гороха) с плотностью этих слоев в пределах 0,98 — 1,04 г/см3 и общей пористостью 60 — 63 %. Ниже разрыхленных слоев оптимальная плотность для гороха и кукурузы находится в пределах 0,9 — 1,1 г/см3, озимых (рожь, пшеница, ячмень) — 1,1 — 1,3; яровых колосовых (яровой пшеницы, ячменя) — 1,0 — 1,2 г/см3 при общей пористости этих слоев, соответственно равной 58-62; 51-58 и 54-61 %.
Наибольшее влияние на изменение сложения пахотного слоя оказывают различные приемы механической обработки почвы, что достигается главным образом благодаря изменению объема межагрегатных промежутков (Атаманюк А.К., 1968).
В исследованиях В.А. Корчагина (1984), проводимых в Среднем Заволжье, плотность черноземов обыкновенных и южных, имеющих высокое содержание структурных агрегатов, незначительно изменяется под действием различных способов и глубины обработки.
Ряд авторов пришел к выводу, что плотность сложения верхнего слоя почвы (0-10 см) либо не зависела от применяемых обработок (Бенедичук Н.Ф., 1984; Медведев В.В., Булыгин С.Ю., 1986), либо имела тенденцию к снижению при проведении плоскорезной обработки в сравнении со вспашкой (Акантьева Л.И., Чи-жова М.С., 1985). В исследованиях, проводимых другими учеными, отмечалось, что в нижних слоях почвы происходило существенное увеличение плотности сложения в осенний и весенний пе-
14
риоды при обработке плоскорезом (Горбунов И.Ф., Рябов Е.И., 1968; Казаков Г.И., Косолапое Е.А., 1980; Казаков Г.И., 1984; Титов А.Х., 1988).
Замена вспашки поверхностной обработкой, по данным Д.М. Ермакова (1982); В.Я. Ульченко (1992); В.Н. Шептухов и др. (1995), приводило к сильному уплотнению пахотного слоя почвы, особенно нижней его части. Но вместе с тем Н.Ф. Бенедичук (1984), В.В. Бохан, Р.Э. Крогере (1985), Л.И. Салишев (1998) в своих работах не подтверждали это, указывая о высокой агрономической эффективности применения поверхностных обработок.
В.Ф. Трушин и др. (1990) считали, что при нулевой обработке плотность сложения почвы в слое 0-10 см находилась на уровне вспашки, а нижние слои оказались более плотными, чем при вспашке. Но показатель этот не выходил за пределы оптимального.
Необходимо подчеркнуть, что для черноземов, достаточно хорошо гумусированных и оструктуренных, дрейф оптимальной плотности в течение вегетации культур пренебрежительно мал. Иначе, устойчивость оптимальных параметров в этих почвах исключительно высока и нет необходимости прибегать к каким-либо приемам ее сохранения (Медведев В.В., 1990).
По мнению Г.И. Казакова (1997), равновесная плотность чернозема обыкновенного - величина переменная во времени, но изменяется в пахотном слое в сравнительно небольших пределах -1,06-1,21 г/см3, средняя за год - 1,10 г/см3. После глубоких обработок за осеннее-зимний период идет уплотнение почвы, а после поверхностных и нулевых, наоборот, - разуплотнение. В течение вегетации плотность несколько возрастает.
15 1.3. Влияние обработки на водный режим почвы
Различные способы и глубина основной обработки почвы, создавая соответствующие агрофизические условия обрабатываемого слоя, обуславливают различия в водном режиме.
В засушливых условиях юга России именно влага является одним из главных факторов, определяющих величину и качество урожая сельскохозяйственных культур (Бородин Н.Н., 1967, 1976; Шульмейстер К.Г., 1968, 1975; Листопадов И.Н., 1980; Алабушев В.А., 1994, 1998 и др.)- Ухудшение влагообеспеченности в любой фазе развития растений отрицательно сказывается на формировании их вегетативных и генеративных органов, в конечном счете -на урожай.
Г.Н. Высоцкий (1962) показал, что в динамике влаги в черноземах можно выделить два периода. Первый период заключается в иссушении почвы, охватывающем лето и первую половину осени, когда влага расходуется растениями и испаряется. Второй период - промачивание, начинающийся со второй половины осени, прерывающийся морозами и продолжающийся весной благодаря талым водам и весенними осадками.
Е.А. Афанасьева (1966), Ф.Ш. Гарифулин (1979), отмечая эти периоды в водном режиме, как характерные для черноземов, уточняли, что летние осадки могут увлажнять лишь пахотный слой. Запас влаги в нижних горизонтах черноземов создается осадками холодного периода.
Таким образом, главная задача неорошаемого земледелия состоит в максимальном накоплении, сохранении и рациональном использовании влаги культурными растениями.
Агротехнические мероприятия оказывают значительное влияние на содержание влаги в почве путем повышения скорости
16
впитывания и сохранения выпавших осадков (Алпатьев A.M., 1954; Бялый A.M., 1971; Вериго С.А., Разумова Л.А., 1973).
Исследованиями В.М. Рындина и др. (1980), В.В. Благоева и др. (1987), А.Н. Зайца (1996) установлено, что более эффективной в засушливых условиях является поверхностная обработка, позволяющая лучше сохранять остаточную влагу в почве и своевременно получать дружные всходы растений.
Обобщая опытные данные Т.Ф. Моргун, Н.К. Шикула (1984) пришли к выводу, что наибольшему накоплению и лучшему сохранению влаги на черноземных почвах в степи Украины способствует мелкая плоскорезная обработка с щелеванием. Глубокое плоскорезное рыхление занимает промежуточное положение между вспашкой и мелкой плоскорезной обработкой.
Многолетними исследованиями Е.В. Полуэктова (1998) определено, что на варианте плоскорезной обработки черноземов обыкновенных ранней весной влаги содержалось на 10-15 % больше, чем при отвальной, однако несколько большее испарения на безотвальных обработках нивелировало содержание влаги к уборке.
В опытах И.А. Чуданова (1984) запасы продуктивной влаги в полутораметровом слое при проведении глубокой плоскорезной обработки выше по сравнению со вспашкой перед уходом в зиму на 25, весной - на 47 мм. В засушливые годы разница была еще большей. Постоянные мелкие, поверхностные плоскорезные и особенно нулевая обработки способствовали накоплению влаги в метровом слое почвы к весне меньше на 17-42 мм по сравнению с глубокими.
Н.С. Голоусов (1984), В.Н. Сенливый и др. (1985), Л.И. Акантьева, М.С. Чижова (1985), В.В. Медведев, СЮ. Булыгин (1986), A.M. Ситников (1990), В.А. Арит (1993), А.Х. Онтарев и
17
др. (1993), А.Ф. Бурбель и др. (1996) считали, что при безотвальной обработке почвы вследствие лучшей аккумуляции осеннее-весених осадков к весне влаги в почве бывает больше, чем при вспашке.
И.П. Котоврасов (1979), проводя исследования в условиях центральной части Лесостепи, установил, что больше продуктивной влаги в метровом слое почвы накапливается под влиянием глубокой вспашки и меньше при ее замене поверхностной обработкой. Чем меньше за год выпадает осадков по сравнению со среднемноголетним их количеством, тем больше разница в содержании продуктивной влаги в метровом слое почвы в пользу глубокой обработки. В годы с количеством осадков больше среднемно-голетней нормы этой разницы не наблюдалась.
Наряду с этим, проводя исследования на черноземных почвах В.Н. Якименко, В.А. Теселько, Г.П. Кирилюк и др. (1985) пришли к заключению, что запасы влаги весной при плоскорезной обработке практически такие же, как и при вспашке.
По результатам исследований отдела земледелия НИИСХ ЦЧП, установлено, что различными способами основной обработки черноземов нельзя существенно улучшить их водный режим. В среднем за двадцать лет наблюдений весной в метровом слое накапливалось влаги: на варианте по вспашки 169 мм, рыхления плоскорезом 159, при частичном перемешивании обрабатываемого слоя 159 мм (Качании А.А. и др., 2002). Углубление обрабатываемого слоя с 20 до 35 см существенно не способствовало увеличению накопления влаги.
В опытах И.П. Крайнева (1980) увеличение глубины отвальной обработки с 20 — 22 до 28 — 30 см не привело к существенному увеличению запасов продуктивной влаги, разница между вариан- |
