ВВЕДЕНИЕ
Кукуруза - одна из наиболее широко распространенных сельскохозяйственных культур в мировом земледелии. В настоящее время по посевным площадям она занимает второе место в мире после пшеницы, а по урожайности значительно ее превосходит. Ежегодный валовой сбор зерна кукурузы близок к валовому сбору зерна пшеницы.
Аналитики прогнозировали мировое производство зерна кукурузы в 2003-2004 годах в объеме 621 млн. т [104].
Посевные площади кукурузы на зерно в РФ в 2002 году составили 770 тыс. га, а на силос и зеленый корм - около 1,9 млн. га. Валовые сборы зерна кукурузы составляют около 2,4 млн.т. Основными зонами товарного производства кукурузы в России являются Краснодарский и Ставропольский края, Ростовская область, Центральные районы Черноземной зоны страны.
Ежегодная потребность в зерне кукурузы в России составляет около 10 млн. т, а собирается ее не более 4 млн. т, что приводит к необходимости импорта. В настоящее время вполне реально возделывание кукурузы на зерно на площади 1,3-1,4 млн. га, в том числе на Северном Кавказе 850-900 тыс. га, в Поволжье 200-250 тыс. га, в Центрально-Черноземном районе 180-200 тыс. га, а также на Алтае, Дальнем Востоке и т.д. [114].
В товарном производстве зерно кукурузы имеет большое значение. Из нее получают более 150 продовольственных и технических продуктов. Зерно кукурузы используют для производства крупы, муки, кукурузных хлопьев, крахмала, патоки, спирта и т.д. Из зародыша кукурузного зерна вырабатывают полноценное пищевое масло. Из стержней початков получают фурфурол, лигнин, ксилозу и другие продукты, а также целлюлозу и бумагу. Химический состав зерна кукурузы в среднем составляет: белка около 9-10%, масла 4-5%, крахмала 68-73%. Из злаковых культур зерно кукурузы имеет наибольшую питательную ценность - 338 ккал.
В мире вопросу повышения урожайности кукурузы уделяется большое внимание. В частности широко используются такие методы как: выведение новых высокопродуктивных гибридов с необходимыми свойствами;
совершенствование технологии ее возделывания (обработка почвы, применение удобрений, защита посевов от сорняков, болезней и вредителей, использование орошения, агромелиорации и др.).
Актуальность проблемы. Кукуруза — важная зернофуражная культура. Однако в последние годы ее урожайность и валовые сборы зерна снижаются как в Краснодарском крае, так и в России в целом. Основными причинами этого являются нарушения базовых элементов технологии возделывания культуры, таких как основная обработка почвы, резкое снижение доз вносимых удобрений, значительное увеличение засоренности посевов сорняками. В связи с этим возникла необходимость комплексного изучения влияния на урожайность зерна кукурузы основных элементов технологии: обработки почвы, внесения удобрений, применения средств защиты растений. Оптимизация основного способа обработки почвы, рациональная химизация при сбалансированном использовании органических, минеральных удобрений и гербицидов позволят усовершенствовать технологию возделывания кукурузы применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям, значительно увеличить урожайность зерна этой культуры и повысить рентабельность.
Диссертация выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательской работы КГАУ на 2001-2003 гг. ГР №01200113461 «Разработать и внедрить экологически безопасные ресурсосберегающие технологии возделывания кормовых культур в условиях Краснодарского края».
Цель работы: Изучить комплексное влияние основных элементов технологии возделывания кукурузы - способов основной обработки почвы, доз органических и минеральных удобрений, систем защиты культуры от сорной растительности на агрофизические показатели чернозема выщелоченного, его биоту, биометрические показатели растений кукурузы, урожайность, экономическую эффективность в условиях Западного Предкавказья.
В задачи исследований входило:
- оценить комплексное влияние способов основной обработки почвы,
доз органических и минеральных удобрений и использования гербицидов на агрофизические показатели почвы: объемную массу, твердость, структуру и водопрочность, запас продуктивной влаги;
сравнить биометрические показатели растений кукурузы: коэффициент водопотребления, густоту стояния, высоту растений, площадь листьев при различном сочетании изучаемых факторов;
- изучить влияние способа основной обработки почвы, удобрений и применения гербицидов на засоренность посевов кукурузы;
- оценить влияние различного сочетания изучаемых агрофакторов на урожайность зерна, показатели структуры урожая, экономические показатели и рентабельность возделывания кукурузы на зерно.
Научная новизна. Впервые проведено изучение комплексного воздействия усовершенствованных способов основной обработки почвы, применения доз минеральных и органических удобрений, систем защиты от сорной растительности на агрофизические показатели почвы, биометрические показатели и урожайность кукурузы при возделывании на черноземе выщелоченном Западного Предкавказья в пределах 55 ц/га.
Экспериментально доказано наличие зависимости показателей агрофизических свойств почвы, роста и развития растений кукурузы от различного сочетания изучаемых агроприемов, выявлены их оптимальные сочетания, позволяющие получать стабильно высокую урожайность зерна кукурузы.
Практическая значимость. Разработана и предложена для практического использования усовершенствованная система основной обработки почвы, минерального питания растений кукурузы и внесения гербицидов для различного уровня урожайности зерна кукурузы. Для получения урожая 58 ц/га и выше наиболее приемлемо проведение осенней отвальной вспашки на 25-27 см с внесением Ni8OPi8oKi8o+12O т навоза и применением гербицидов по интенсивной или интегрированной схемам. При этом чистый доход составляет более 14000 руб./га при производственных затратах 5950 руб./га.
Рентабельность применения усовершенствованной технологии
достигает 240%.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на V региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2003), VIII международной пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2004), VI региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2004), IX международной пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2005), VII региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2005).
Публикации по материалам диссертации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие научные положения:
отвальная вспашка снижает показатель объемной массы почвы, приближая его значение к оптимальному, чизельное рыхление и отвальная вспашка с внесением удобрений улучшают коэффициент структурности почвы, увеличивая его от 1,05 до 1,73, тогда как дисковое лущение снижало его до 0,94-0,82; коэффициент водопотребления при отвальной вспашке в 1.5-2,0 раза меньше, чем при дисковом лущении и чизельном рыхлении;
- проведение отвальной вспашки в сочетании с внесением высоких доз удобрений обеспечивает максимальное увеличение показателей продуктивности растений кукурузы по сравнению с чизельным рыхлением и дисковым лущением: высоты растений - на 51,4%, площади листовой поверхности - на 20-30%, снижение воздушно-сухой массы сорной растительности в 2,0 - 3,5 раза, повышение урожайности зерна на 25-40% .
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включает 6 фотографий, 11 рисунков, 19 таблиц и приложения. Список использованной литературы включает 177 источников, из них 27 принадлежит иностранным авторам.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Влияние способа основной обработки почвы на агрофизические
показатели
Общемировое латинское название кукурузы Zea mays L. произошло, с одной стороны, от греческого zea, обозначающего хлебный злак, с другой, от mahiz - название кукурузы на языке жителей острова Гаити, усвоенное Христофором Колумбом и впоследствии латинизированное [106,147].
Русское название кукурузы основано на румынском «kukuruz», что означает еловая шишка за сходство формы початка с плодами ели. Кроме этого, кукуруза имеет и другие названия: маис, папуша, початка, китка, буярово, повенка, пшено турецкое.
Кукуруза относится к царству Растений (Vegetabilia), отделу Покрытосеменных (Magnoliophita), классу Однодольных (Monocotyledoneae), порядку Злаковые (Graminales), семейству Злаковые (Роасеае), включающему восемь родов [106,147].
Наиболее широкое распространение в сельскохозяйственном производстве имеет зубовидная группа.
На территорию России кукуруза проникла через Бессарабию с Балканского полуострова и Турции еще в XVII в. Она быстро распространилась на Северном Кавказе. Из записей многочисленных путешественников и различных исторических очерков кавказоведов, видно, что введение ее западными адыгами в культуру началось с XVI века, т.е. намного раньше заселения Кубани казаками. Северо-западные адыги восприняли кукурузу от турок, с которыми они вели широкий торговый обмен [56, 101,147].
Во многих странах мира кукуруза является основным продуктом питания [158].
В процессе длительного возделывания кукуруза превратилась в ярко выраженное высококультурное растение, не способное к существованию без
8
помощи человека. Если у других культурных злаков до сих пор сохранились приспособления, обеспечивающие осыпание семян на землю, то у кукурузы их вообще нет. Вследствие прочного прикрепления початка к побегу и наличию плотной обертки, зерно кукурузы практически не осыпается, початки обламываются редко, а стебель достаточно прочный. В почву семена кукурузы попадают только с помощью человека, и это единственный путь ее воспроизводства [103, 106].
Кукуруза является одной из самых требовательных к условиям жизни зерновых культур [147].
В связи с этим, для получения высоких урожаев ее зерна необходимы благоприятные почвенно-климатические условия, соблюдение агротехники, оптимальной системы удобрений и эффективных приемов защиты растений, т.е. интенсификация сельскохозяйственного производства [118].
Интенсификация сельскохозяйственного производства, особенно при возделывании такой зерновой культуры, как кукуруза, которая требует не только правильного научно-обоснованного подбора высокопродуктивных гибридов, но и совершенствования или разработки новой, наиболее подходящей технологии возделывания, направленной на получение высоких и устойчивых урожаев при максимальном сокращении ручного труда и затрат на применение сельскохозяйственных машин, минеральных удобрений, химических средств защиты и т.д. [55, 168].
В "кукурузном поясе" США с 60-х по 80-е годы изучали использование улучшенных гибридов, внесение высоких доз азота и влияние густоты стояния растений. Это ежегодно повышало урожайность кукурузы в среднем на 1,57 ц/га [156].
На получение высоких урожаев кукурузы в мире тратятся миллиарды долларов, и с каждым годом эти суммы все больше и больше возрастают в связи с необходимостью разработки и внедрения новых более совершенных технологий. [153,157].
Одной из основных проблем для работника сельского хозяйства является правильность определения оптимальных сроков сева. В случае посева кукурузы в ранние сроки, всхожесть снижается: при температуре 5°С и ниже всхожесть составляет в среднем 78%, а при температуре 10°С-11°С -92% [41,42, 139].
Важным фактором для кукурузы является предшественник. Исследования, проведенные в Японии, показали, что предшественник очень сильно влияет на рост и развитие растений кукурузы и биоту почвы на 8 изученных типах почв [163, 166].
Лучшим предшественником для кукурузы являются однолетние бобовые растения сплошного сева. В районах с достаточным и избыточным увлажнением, кроме однолетних, прекрасным предшественником являются многолетние бобовые травы. На втором месте стоит озимая пшеница, которая на практике является предшественником для кукурузы в 9 из 10 случаев. [32].
Кукуруза может возделываться и в бессменно, но уже на 3-4 год в условиях Краснодарского края почва накапливает большое количество возбудителей инфекции, в первую очередь фузариоза. Одним из способов избежать этого, является соблюдение севооборота и возврат кукурузы на то же самое поле только через 3-4 года [75].
Анализ литературы показывает, что выбор приемов и способов основной обработки почвы под кукурузу, ее глубина и сроки проведения оказывают большое влияние на агрофизические свойства почвы, ее водный, воздушный и пищевой режимы, а также на особенности роста, развития и продуктивность кукурузы [58].
Основная обработка почвы оказывает не прямое влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, а опосредованное, улучшая почвенные условия для жизни растений в результате изменения объемной массы, запасов продуктивной влаги, структуры почвы, водопрочности,
10
водопроницаемости, газового режима (общая пористость и соотношения пор к капиллярам), и т.д. [10, 18, 58, 74, 110, 111, 212, 144].
Основную обработку почвы под кукурузу лучше проводить летом, самое позднее — в начале осени. Чем раньше проведена основная обработка почвы, тем лучше условия роста [104].
После озимых колосовых, основная обработка почвы начинается с лущения стерни в один или два следа сразу же после уборки. Последующая обработка почвы зависит от видового состава сорняков. Глубокую отвальную вспашку на 25-30 см необходимо проводить в сентябре-октябре после внесения навоза или минерального удобрения [92, 104].
Наибольшая урожайность кукурузы, по данным отечественных и зарубежных ученых, отмечена при проведении глубокой основной обработки почвы до 30 см. Это способствует увеличению фотосинтетической деятельности кукурузы и поглощения влаги корнями, благодаря более глубокому проникновению корневой системы в почву, снижению засоренности посевов и т.д. [2,94, 140, 148, 161, 166].
Несмотря на это, в некоторых случаях даже отсутствие основной обработки почвы, не мешало получению высоких урожаев кукурузы [162].
Так, исследования, проведенные на тяжелосуглинистой почве на севере Нью-Йорка, по выращиванию кукурузы при осенней, весенней вспашке отвальным плугом, при прямом посеве с обработкой почвы в зоне заделки семян показали, что в годы с низкой влагообеспеченностью содержание влаги в почве было выше при прямом посеве. Также отмечалось и хорошее проникновение корней вглубь, хотя сопротивление почвы превышало 2 Мпа. Однако при вспашке формировалась более мощная корневая система. Урожаи зерна при зяблевой вспашке и прямом посеве были сходными [162].
В сельскохозяйственном производстве при возделывании кукурузы используют различные способы основной обработки почвы, от "классического нуля" до глубокой отвальной вспашки на глубину 40 см. Конечно, это крайности, к которым не следовало бы прибегать, поскольку во
11
многих опытах "прямой посев" ведет к значительному снижению урожая кукурузы, а глубокая вспашка - к резкому снижению рентабельности вследствие повышения себестоимости единицы продукции [28, 171].
Наиболее широко используемыми приемами основной обработки почвы в Краснодарском крае являются вспашка, дисковое лущение и чизелевание.
Эти способы в определенных условиях могут иметь преимущества а и недостатки относительно друг друга [8,20, 28, 58, 89, 96, 123, 124].
В опыте на черноземе в Латокене установлено, что зяблевая вспашка в сравнении с поверхностной обработкой и весенней вспашкой способствует большему повышению урожайности кукурузы, особенно при внесении удобрений, разница в урожайности возросла более чем в 2 раза. В среднем за 6 лет урожайность по весенней вспашке была ниже, чем по зяблевой обработке, на 6 ц/га [ 167].
Как показывает практика, чизелевание способно привести к хорошему экономическому эффекту, который в благоприятные годы может быть выше, чем у отвальной обработки почвы.
Установлено, что в Белгородской области при чизелевании сохранялся больший запас продуктивной влаги в течение всего периода вегетации, чем в вариантах с отвальной обработкой почвы. Плотность почвы и содержание агрономически ценных агрегатов практически не изменялись в зависимости от способа основной обработки почвы [ 44, 164].
В Волгоградской области чизелевание приводило к улучшению воздушного, питательного и теплового режимов почвы в сравнении со вспашкой и дисковым лущением [25].
По данным Краснодарского НИИСХ на выщелоченном черноземе отвальная вспашка ко времени посева способствовала созданию оптимального значения объемной массы для получения всходов кукурузы, и этот показатель не зависел от глубины обработки. Не отмечено влияния глубины обработки на показатели роста и развития растений [127].
12
Вспашка, как свидетельствуют данные, очень хорошо способствует снижению инфекционного фона, развитию болезней и засоренности полей, поскольку при ней семена сорняков и пожнивные остатки заделываются глубоко в почву [75, 96].
Основная обработка почвы должна быть дифференцированной с минимальными затратами и обязательно с учетом биологических особенностей культуры, Именно такой вариант будет более экономически целесообразен в сложившихся непростых условиях нынешней рыночной экономики. [145]
Сложно сравнивать влияние различных способов обработки почвы на почвенные показатели в связи с большой противоречивостью данных, полученных в разных агроклиматических условиях. Это объясняется тем, что аналогичная обработка на различных типах почв оказывает разное влияние на ее агрофизические показатели почвы [10,18, 110, 144].
В связи с этим наиболее интересными для нас являются исследования, проведенные на выщелоченном черноземе Краснодарского края. В стационарных опытах КубГАУ отвальная вспашка и чизельная обработка способствовали получению наиболее оптимальных значений объемной массы и твердости почвы. Несмотря на невысокое влагонакопление за осенне-зимний период, растения более эффективно использовали влагу на этих вариантах [21,46, 124].
В условиях Краснодарского края на выщелоченном черноземе лучшей глубиной для вспашки является 28-30 см (без учета последействия основной обработки под предшественник). Однако отдельные исследователи отмечали, что, при большом количестве семян сорной растительности, высоком инфекционном фоне фитопатологических заболеваний и сильном заселении вредоносными насекомыми, целесообразно глубину вспашки увеличивать до 38-40 см. Увеличение глубины, по их мнению, способствует снижению развития вредоносных факторов [12,121].
13
Развитие мощных и глубоко идущих корней создает условия для улучшения снабжения растений влагой и питательными веществами, особенно в критические периоды формирования репродуктивных органов, когда верхние слои почвы обычно содержат мало доступной для растений воды. Как правило, проникающих на большую глубину корней немного, но их роль в критические периоды велика. Так как эта небольшая по объему и размерам часть корней может резко повышать интенсивность своей деятельности в том случае, когда остальная, большая часть корневой системы попадает в неблагоприятные по увлажнению и питанию условия [120, 140].
Для нормального роста корней, а, следовательно, и для роста самого растения, важна оптимальная твердость почвы, так как с увеличение плотности почвы особенно замедляется рост и развитие корневой системы. [36, 120, 121, 140].
Одним из важнейших агрофизических показателей, является объемная масса почвы (плотность). В условиях Краснодарского края ее оптимальные показатели значительно разнятся. Так, на обыкновенном черноземе Новопокровского района оптимальные показатель объемной массы для кукурузы колеблется от 1,26 до 1,30 г/см", тогда как на выщелоченном черноземе он равен 1,15-1,20 г/см3 [36, 38].
Основная обработка, является одним из наиболее эффективных способов регулирования плотности почвы до оптимальных значений к началу сева яровых культур. Но этот показатель изменяется в течение периода вегетации в результате роста и развития корневой системы культуры или сорной растительности, а также междурядных обработок [21, 67].
Твердость почвы уменьшается с увеличением глубины обработки почвы [121]. Наибольшую разуплотняющую способность (снижение плотности почвы) имеет отвальная вспашка. Эффект от вспашки будет заметен только на глубину ее проведения [10]. Все почвообрабатывающие орудия оставляют под собой уплотненный горизонт [140]. В связи с этим
14
целесообразно при проведении основной обработки почвы периодически изменять ее глубину, направление, а также устанавливать на плуг почвоуглубители для рыхления подпахотного слоя. Возвращаться на одну и ту же глубину при основной обработке рекомендуется не раньше, чем через 3-4 года. В противном случае возможно образование "плужной подошвы", имеющей высокую объемную массу и низкую водопроницаемость, что затрудняет проникновение воды и растущих корней растений в глубь почвы [36,74,110,140].
Применение безотвальных орудий не имеет значительного разуплотняющего эффекта в сравнении с отвальной обработкой почвы [74, ПО].
При проведении опыта по оценке влияния основной обработки на объемную массу почвы установлено, что вспашка на глубину 20-22 см и плоскорезное рыхление на ту же глубину способствуют снижению плотности почвы, тогда как при рыхлении на 8-10 см плотность повышается [18, 144].
Одной из важных задач основной обработки почвы является создание, благоприятного структурного состава пахотного слоя, позволяющего накопить максимальное количество влаги в течение периода
влагонакопления, сохранить ее в дальнейшем и способствовать экономному ее расходованию в конкретных почвенно-климатических условиях. По мнению известных ученых в области физики почв Кубани И.А.Кузнецова и Б.И.Тарасенко, все приемы основной обработки почвы под яровые культуры должны способствовать созданию в пахотном слое степной части Краснодарского края частиц размером 3-5 мм. В период иссушения размер почвенных агрегатов в верхнем слое почвы должен равняться 0,25-3,0 мм [69, 119] .
Основная обработка почвы оказывает значительное влияние как на накопление запаса влаги в почве за осенне-зимний период, так и на количество воды доступной для растений [21, 58, 123].
15
В зависимости от климатических условий и типа почвы различные способы основной обработки почвы способствуют различному накоплению и сохранению влаги:
- в условиях северной лесостепи Украины на черноземах легко суглинистых, эродированных, большему накоплению осенне-зимних и ранневесенних осадков способствовала плоскорезная обработка на глубину 12-14 см [105], а в засушливые годы на черноземе оподзоленном наибольший запас влаги к концу вегетации был при плоскорезной обработке на глубину 30 см [58];
- на лугово-черноземных почвах (Чечено-Ингушская АССР) наибольший запас влаги был на вспашке 16-18 см и лущении на 12-14 см (в сравнении с плоскорезной обработкой на 16-18 см) [18];
- на типичном черноземе Белгородской ГСА по вспашке на 28-30 см были наименьшие запасы влаги в течение всей вегетации кукурузы по сравнению с безотвальной обработкой на 14-16 см и чизелеванием на 40-42 см [110];
- наибольший запас влаги на луговом черноземе (Абинского района Краснодарского края) был отмечен при вспашке на 27-30 см [140];
- на черноземе выщелоченном центральной зоны Краснодарского края установлено, что плоскорезная мульчирующая зябь на 22-24 см способствует большему влагонакоплению (на 7-21 мм), чем отвальная осенняя вспашка на ту же глубину [150].
Запас влаги зависит в первую очередь от водопроницаемости почвы. Наибольшая водопроницаемость отмечена на полях, где использовали отвальные орудия. При этом в почве к весне находилось большее количество водопрочных агрегатов, в сравнении с безотвальной обработкой. Это позволяет почве меньше заплывать, вследствие чего происходит уменьшение ее объемной массы при выпадении обильных осадков или на орошении [74].
Центральный район Краснодарского края относится к зоне неустойчивого увлажнения, т.е. в отдельные годы выпадающих осадков
16
недостаточно для нормального роста и развития кукурузы. В связи с этим
влага является ограничивающим фактором для получения высоких и
ж устойчивых урожаев. Неправильно выбранный способ основной обработки
ф почвы, особенно агроприемы, связанные с подготовкой почвы к посеву
кукурузы, могут привести к недостатку влаги уже к началу сева культуры
[70,76, 109, 112, 118, 134].
При благоприятном распределении осадков и достаточной обеспеченности кукурузы влагой в период с 15 июня по 15 августа условия ее возделывания можно считать оптимальными [151].
Недостаток влаги в любую фазу роста и развития растений кукурузы может привести к снижению урожайности. Однако наиболее существенные потери урожая этой культуры вызывают засуха и высокие температуры во • время опыления [151].
Недостаток влаги в первые 19 дней после посева не значительно влияет на появление всходов кукурузы, но задерживает появление женских цветков на 4 дня, а также уменьшается размер 5-9 листьев. Если через 19 дней после посева влажность почвы становилась оптимальной, то различия в биомассе, ^ вызванные недостатком влаги в раннем возрасте, практически исчезали.
Установлено, что нелетальный дефицит влаги в начальные фазы роста (2-3 недели) приводит к уменьшению высоты и массы растений, но не оказывает заметного влияния на урожай [151].
Поэтому, при возделывании кукурузы, как и любой другой сельскохозяйственной культуры, необходимо учитывать агрометеорологические условия зоны возделывания [1].
От недостатка влаги в почве в критический период растений кукурузы можно уйти, возделывая ультра скороспелые или ранние гибриды [154]. . В зависимости от количества осадков и группы спелости кукурузы
рассчитывают густоту стояния растений. Только при оптимальной густоте возможно получение максимального урожая [11, 97, 125, 166].
17

Получить работу