ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. На современном этапе кормопроизводства значительные площади посевов отводят под многолетние бобовые травы, которые обеспечивают относительно высокий сбор дешевого кормового белка, а так же являются гумусо- и азотонакопителями и улучшают агрофизические свойства почвы. За последние годы, в связи с растущим дефицитом белка, цены на белок на мировом рынке возросли в несколько раз. Особенно остро стоит проблема производства дешевого растительного белка, что стимулирует расширение посевов люцерны и других бобовых трав.
Люцерна - основная бобовая культура, дающая высокобелковые корма, сено, сенаж, травяную муку, гранулы, которые используют в кормлении всех видов животных.
Помимо кормовой ценности люцерна имеет высокое агротехническое значение как культура, повышающая плодородие почвы за счет улучшения физико-химических и биологических свойств почвы. Она накапливает большое ко- личество органической массы с высоким содержанием элементов питания. Люцерна, как и другие бобовые травы, с помощью клубеньковых бактерий усваивает азот воздуха. За три года азотофиксация у лучших сортов люцерны составляет 150-300 кг азота на 1 га.
В мире люцерна выращивается на площади около 35, а на долю России приходится более 4 млн. га. В Краснодарском крае эта культура занимает пло- щадь 280-300 тыс. га или более 30% посевов всех кормовых культур.
Продуктивность люцерны на протяжении всего периода ее использования во многом зависит от условий произрастания растений в первый год жизни. Ее возделывают как в чистом виде, так и под покровом однолетних культур.
Основным недостатком покровных посевов является то, что культуры, под которые подсевают люцерну, ухудшают воздушный, пищевой и световой режимы подпокровных растений. Это приводит к изреживанию травостоя и снижению урожая. Ослабить конкуренцию покровной культуры и люцерны за фак-
торы жизни растений можно путем сокращения срока пребывания ее под покровом, уменьшения густоты посева покровной культуры, регулирования водного и пищевого режимов трав.
В то же время в год посева люцерна развивается медленно и, как правило, дает низкий урожай. Поэтому наиболее распространенным и экономически оправданным является подпокровный ее посев. Это позволяет существенно повысит продуктивность пашни.
В условиях Краснодарского края лучшей покровной культурой является яровой ячмень. В настоящее время потенциальные возможности совместного возделывания люцерны и ярового ячменя используются не в полной мере. В Краснодарском крае урожайность сена за последние 15 лет колеблется в пределах 3,2-3,8 т/га. В то же время опыт передовых хозяйств края показывает, что люцерна может давать 8-10 т/га сена.
Важнейшим фактором повышения почвенного плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур является оптимальное содержание и доступность элементов питания в почве.
В связи со снижением объемов применения минеральных удобрений ставится задача поиска дополнительных ресурсов питания растений азотом и фосфором. Одним из источников питания растений азотом может быть азот биологический, фиксированный ассоциативными микроорганизмами; фосфором -мобилизация нерастворимых соединений фосфора в почве фосформинерали-зующими микроорганизмами.
Основным приемом регулирования деятельности полезных почвенных микроорганизмов является применение биологических удобрений азотовита и бактофосфина.
Однако в крае практически нет данных о влиянии применения биопрепаратов и различных доз минеральных удобрений на урожайность и кормовую ценность подпокровных посевов люцерны.
В связи с этим, изучение влияния биопрепаратов и минеральных удобрений на агрофизические свойства почвы, обеспечивающие повышение урожай-
6
ности подпокровных посевов люцерны, является актуальным.
Цель и задачи исследований. Цель работы - совершенствование технологии возделывания люцерны под покровом ярового ячменя, направленной на повышение гумусо- и азотонакопления, улучшения агрофизических свойств почвы, увеличение урожайности и качества сена за счет эффективного использования биопрепаратов и минеральных удобрений.
В задачу исследований входило:
- выявить изменения агрофизических свойств почвы под воздействием биопрепаратов и минеральных удобрений при выращивании люцерны;
- изучить влияние биопрепаратов (азотовит, бактофосфин), гербицидов и минеральных удобрений на рост и развитие люцерны;
- определить влияние биопрепаратов и минеральных удобрений на урожайность и качество люцерны и покровной культуры - ярового ячменя;
- дать оценку экономической и биоэнергетической эффективности совместного применения биопрепаратов, гербицидов и минеральных удобрений при подпокровном выращивании люцерны^ e
Научная новизна исследований. На обыкновенном черноземе Западного Предкавказья в двухфакторном опыте установлено комплексное влияние биопрепаратов, минеральных удобрений, гербицида базагран на гумусонакопление, агрофизические свойства почвы и продуктивность подпокровного посева люцерны.
На защиту выносятся следующие положения:
- изменение агрофизических и агрохимических свойств почвы обыкновенного чернозема в зависимости от биопрепаратов (азотовита и бактофосфина) и минеральных удобрений;
- влияние биопрепаратов и минеральных удобрений на рост и развитие люцерны при выращивании ее под покровом ярового ячменя;
- влияние сочетания биопрепаратов, минеральных удобрений и гербицидов на урожайность и кормовую ценность люцерны;
- структура урожая и урожайность покровной культуры ярового ячменя в
зависимости от биопрепаратов и минеральных удобрений;
- экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности комплексного применения биопрепаратов, гербицида базаграна и минеральных удобрений при выращивании посевов люцерны под покровом ярового ячменя.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования позволя- ют рекомендовать производству приемы применения биопрепаратов и минеральных удобрений при выращивании люцерны под покровом ярового ячменя, обеспечивающие максимальную хозяйственную и экономическую эффективность в зависимости от финансовых возможностей хозяйств с учетом природоохранных требований.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на научных конференциях агрономического факультета Кубанского ГАУ в 1999-2003 гг., а также на научно-практических конференциях: «Совершенствование систем земледелия в различных агроландшафтах Краснодарского края» (Краснодар, 2004 г) и III Всероссийской конференции «Гуминовые вещества в биосфере» (СПб, 2004 г).
По материалам исследований опубликовано 4 статьи, в которых отражено основное содержание диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 201 странице машинописного текста и содержит введение, 8 глав, выводы и предложения производству, 6 рисунков, 32 таблиц в тексте и 51 приложение. Список использованной литературы включает 186 наименований, в т.ч. 41 иностранных авторов.
1. ПРОДУКТИВНОСТЬ ПОДПОКРОВНЫХ ПОСЕВОВ ЛЮЦЕРНЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ БИОПРЕПАРАТОВ И МИНЕРАЛЬНЫХ
УДОБРЕНИЙ
1.1. Влияние минеральных удобрений на продуктивность люцерны
Люцерна посевная (гибридная, средняя) (Medicago vavia) - многолетняя бобовая культура, используется в полевых, кормовых, рисовых севооборотах от 3 до 5 лет. Продолжительность вегетационного периода 5-7 месяцев. Главная особенность люцерны - циклический характер ее роста и развития, то есть в течение всего вегетационного периода у нее отрастают и развиваются побеги (стебли). За вегетацию проводят от 2 до 5 укосов. К тому же у нее очень мощная корневая система по объему такая же, как и надземная масса. Глубина проникновения корней до 6 м. Отличительная особенность люцерны - способность усваивать из нижних почвенных горизонтов труднорастворимые элементы питания [1].
Люцерну выращивают не только для получения высокопитательного корма, но и для улучшения плодородия почвы, ее водно-физических свойств. В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства она имеет важное значение в поддержании экологического равновесия в агроценозах. Люцерна способствует увеличению органического вещества и обеспечивает бездефицитный баланс гумуса в почве [2].
Основная масса корней (более 90%) у люцерны сосредоточена в слое 50-70 см [3]. Наибольшее накопление гумуса (1,7-2,6 т/га в год) происходит в первые три года использования люцерны, лучший эффект получается при введении ее в шестипольный севооборот. При оптимальном водном режиме (80% НВ) и удобрении масса корней растений трехлетнего возраста достигает 12,8 т/га. При урожае сена 10 т/га в почве остается 90-120 кг/га азота, доступного для растений, что соответствует средней дозе навоза [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].
Отношение люцерны к условиям минерального питания.
Люцерна дает высокие урожаи на почвах рыхлых, плодородных при хорошей влагообеспеченности. По обобщенным данным на 1т сена необходимо в среднем 30,0 кг N; 5,6 кг Р2О5; 19,0 кг К2О; 24,3 кг Са [11, 12, 13, 14, 15]. Многолетние данные убедительно показывают, что наибольшее количество потребляемых веществ приходится на азот и кальций. Одна из наиболее существенных особенностей люцерны состоит в том, что большую часть необходимого ей азота она получает из атмосферы с помощью живущих в симбиозе с ней специфических штаммов клубеньковых бактерий. Потребление азота из почвы составляет всего 10-20% общей потребности. Количество выносимых азота, фосфора с возрастом увеличивается, а вынос калия возрастает только до второго года, а затем сокращается [16, 17, 13, 10].
Интенсивность биологического связывания азота варьирует в широких пределах в зависимости от почвенной среды (кислотности, аэрации, содержания органического вещества, фосфора, некоторых микроэлементов) и агрохимического фона. Протравливание семян за один день до посева не снижает азотфиксирующую способность клубеньков, гербициды - наоборот уменьшают их количество в 2-3 раза [18, 19].
По данным Кабардино-Балкарской государственной сельхозакадемии на обыкновенных черноземах степной зоны Северного Кавказа с содержанием 3,4% гумуса, со средней обеспеченностью фосфора, повышенной калия, низкой - бора и молибдена, у люцерны посевной сорта Славянская местная эффективным оказался штамм 425а. Азотфиксация при инокуляции, оптимальном минеральном питании и орошении составила в первый год жизни - 81, во второй -146, третий -242 кг/га азота. Симбиотическая активность не усиливалась при внесении фосфорно-калийных удобрений, но возрастала при применении микроудобрений бора и молибдена на 11-25 кг/га азота в год. Суммарная азотфиксация за четыре года достигла 300-420 кг/га. В поливных условиях активность симбиоза выше на 84-113 кг/га [20, 21, 22].
Бактеризация семян увеличивает их всхожесть, положительно влияет на рост и развитие растений, способствует лучшей сохранности к концу вегетации,
10
повышает зимостойкость, урожайность зеленой массы (на 10-40%) и содержание белка в ней на второй год жизни [23, 24, 25, 26, 27, 28, 29].
Наибольший эффект достигается при дражжировании семян смесью нитрагина и микроудобрениями, содержащими В, Мп, Мо [24].
Рядом исследований доказана обратная зависимость между величиной дозы азотных удобрений, количеством и жизнеспособностью клубеньковых бактерий люцерны. Исследования Тимирязевской сельскохозяйственной академии показали, что ингибирующее действие высоких доз удобрений тем сильнее, чем тяжелее гранулометрический состав почвы [30, 31, 32, 33]. По данным Коць С.Н., Петерсона Н.В., Тучака З.Д., [34], люцерна накопила при инокуляции без азотных удобрений азота 246, при инокуляции + азотные удобрения этот показатель снизился до 135, на контроле без инокуляции составил всего 54 кг/га. Обработка семян нитрагином уменьшает нагрузку на почву минерального азота, что приводит к оздоровлению экологических функций почвы.
Исследованиями Леонтьевой И., Горбункова В. [35] установлено, что высокие нормы азотных удобрений (Ngo и N205) повышают в составе агроценозов фракцию крупных растений. Скашивание таких посевов стимулирует развитие продуктивных, но малолетних растений.
На необходимость внесения «стартовых» доз азотных удобрений 20-30 кг/га указывают многие авторы [31, 36, 28]. По данным Нанова Милки (1999) [37] капсулирование семян люцерны (N5s) в год посева обеспечивает прибавку урожая 16,7% и увеличивает облиственность растений на 2,9%.
В последние годы в качестве экологически чистого азотного удобрения предлагаются углеаммонийные соли (УАС). По данным Дульгерова А.Н., (1998) [38], Коць С.Я., (1998) [39, 40] при использование УАС увеличивается число и масса клубеньков, усиливается азотофиксирующая способность, интенсивность фотосинтеза урожай зеленой массы возрастает на 10-19,5% по сравнению с аммиачной селитрой.
Некоторые исследователи предлагают заменить азотные удобрения молибденом [41, 42].
11
Люцерна предъявляет повышенные требования к фосфорному питанию, особенно в начале вегетации. Наилучшее усвоение фосфора наблюдается при температуре 15,9°С и водном режиме на уровне 70% НВ [13, 43].
Фосфорные удобрения благоприятно влияют на развитие корневой системы, клубеньков, биологическую азотфиксацию, побегообразование, устойчивость к неблагоприятным погодным условиям в зимний период, увеличивают долголетие травостоя [44, 45, 46, 47].
Отечественными и зарубежными учеными доказано, что в большинстве районов возделывания этой культуры, особенно в южных степных, фосфорные удобрения дают наибольший эффект, когда их вносят под основную обработку почвы один раз за весь цикл использования травостоя при содержании фосфора менее 14 мг на 100 г почвы [48, 49, 50, 51, 52].
Исследованиями этих авторов также установлено, что доза фосфора зависит от типа почвы, степени влагообеспеченности, наличия других элементов питания, продолжительности хозяйственного использования травостоя.
Для формирования урожая люцерны необходимо много калия. Калийные удобрения оказывают существенное влияние на жизненные процессы в растении. Калий влияет на зимостойкость и засухоустойчивость растений, устойчивость против болезней и вредителей и тем самым удлиняет период хозяйственного использования. Об обеспеченности растений калием судят по его содержанию в листьях. При содержании калия в листьях больше 2% калийные удобрения вносить не рекомендуется [53].
Если на посевах люцерны, произрастающей на одном месте 3-4 года, не вносят калийные удобрения, растения извлекают калий из глубоких горизонтов почвы и это наглядно отражается на урожае следующих за люцерной культур: пшенице, кукурузе. Болгарские ученные по результатам восьмилетних наблюдений за люцерной и последующих за ней культур делают заключение, что наибольшая рентабельность применения удобрений под люцерну достигалось при внесении по Р24о кг дв./га в запас на четыре года, наибольшие урожаи кукурузы и пшеницы получаются при Р240К400 + Мо и В [13, 14]. На слабообеспе-
12
ченных фосфором (5-10 мг на 100 г почвы) и калием (до 13 мг на 100 г почвы) доза удобрений в зависимости от планируемого урожая может быть увеличена до Р4ооК5оо- При этом дозу делят на две части, одну вносят под пахоту, вторую -осенью в конце второго года жизни [54].
В Румынии на среднемощных черноземах в среднем за четыре года пользования наибольший урожай сена 87,8 ц/га получают на фоне Р2оо [12].
В Чехии НИИ растениеводства фосфорные и калийные удобрения рекомендует вносить в зависимости от содержания их в почве в количествах: Р2о-60, К 6о-24о кг дв./га при планируемом урожае сена 10 т/га [10, 55].
Опытами установлено, что в зонах с умеренным и холодным климатом при близком стоянии грунтовых вод и снижении содержания калия в листьях до 0,8 - 1,4%, действие калийных удобрений возрастает и поэтому нормы их внесения необходимо увеличивать до 130-260 кг/га [56, 50].
Удобрения оказывают существенное влияние на устойчивость растений против болезней и вредителей. При одностороннем внесении азотных удобрений под люцерну возрастает индекс её поражения фузариозной гнилью. Фосфорные и калийные удобрения снижают количество сосущих насекомых в 3-12 раз, грызущих - в 9-11 раз [57, 15, 58].
При внесении минеральных удобрений в сочетании с микроэлементами и обработкой семян нитрагином снижается коэффициент водопотребления, что является важным экологическим критерием уровня нагрузки на почву [5].
В настоящее время в США, Франции, Германии, Чехословакии, России широко стали применять микроудобрения как экологически более чистые и экономически выгодные в сравнении с минеральными туками.
Исследования показали, что люцерна занимает одно из первых мест по отзывчивости на молибден. Без молибденовых удобрений клубеньки развиваются слабо, люцерна плохо зимует. При недостатке бора у растений отмирает точка роста, а также задерживается рост корней, наблюдается пожелтение верхушек стеблей и листьев. Микроудобрения влияют на интенсивность фотосинтеза, углеводный обмен, водный режим растения. Ванадий, не влияя на начальные эта-
13
пы развития, оказывает продолжительное действие на отрастание послеукосной люцерны, повышение содержания каратиноидов и аскорбиновой кислоты и снижение уровня биосинтеза белка [59, 60, 61].
Борные удобрения в дозе 2-4 кг/га дают положительный результат на почвах черноземного типа при содержании бора менее 2,2 мг/кг, на фоне фосфор-но-калийных удобрений. Прибавка урожая составляет 13-20%. Особенно эффективна подкормка бором в сухие годы на посевах третьего года жизни [62, 14,63].
При современном экстенсивном выращивании люцерны и средних урожаях сена 50-60 ц/га необходимость в удобрении этой культуры часто оспаривается. При интенсивном производстве научно обоснованное удобрение приобретает существенное и бесспорное значение и становится незаменимым элементом современной технологии.
В последние годы исследование проблем, связанных с внесением удобрений под люцерну, приобретает более целенаправленный и комплексный характер. Определяются дозы удобрений для получения максимальных и оптимальных с точки зрения экономики урожаев, проявляется стремление охватить исследованиями основные почвенные разности страны, учитываются требования к получению экологически чистой продукции [64, 65].
В разных странах мира эффективна различная система удобрений под люцерну. Это связано с уровнем агротехники, обеспеченности удобрениями, состоянием плодородия почвы, влагообеспеченности, планируемого урожая. Удобрения эффективны только при строгом соблюдении агротехнических приемов, обеспечивающих чистоту поля, оптимальную густоту стояния травостоя, при достаточном запасе влаги в почве. Все эти условия оговорены в рекомендациях по возделыванию люцерны в определенных агроклиматических районах разных стран.
Наиболее эффективно совместное внесение калийных удобрений с азотными, фосфорными и микроудобрениями, что подтверждается исследованиями ученных многих стран.
14
В США люцерна занимает около 800 тыс.га и размещается чаще всего по кукурузе. За два года до посева люцерны кукурузу не обрабатывают гербицидами. При посеве весной вносят полное минеральное удобрение в жидком виде в дозе 560 кг/га при соотношении N : Р : К как 3 : 9 : 12. В последующие годы люцерну подкармливают после каждого укоса из расчета 380-450 кг/га в соотношении N : Р : К как 2:8: 32. Для подавления сорняков наряду с гербицидами талан, эптам, подсевают к люцерне овес 62 кг/га или тимофеевку 2,2 кг/га [66, 67].
В последнее время в штатах и в условиях Калифорнии из других видов минерального питания для люцерны используют серу в дозе от 60 до 200 кг/га, которая способствует лучшему развитию клубеньковых бактерий. Кроме того, она входит в состав незаменимых аминокислот - метионина и цистина. При недостатке серы возникает хлороз листьев [68, 69].
В Канаде на глинистой почве 98 т/га зеленой массы люцерны получают при внесении в первый год Pi60, а в дальнейшем по Р80 ежегодно. На тяжелосуглинистой черноземной почве с низким содержанием обменного калия под люцерну ежегодно вносят Р50К-100-200 + S20 кг/га [70, 71, 72].
В странах Западной Европы люцерна высевается во Франции, Чехословакии, Венгрии, Болгарии. Дозы удобрений под нее разнообразные в зависимости от плодородия почвы, влагообеспеченности, предшественника.
Так, во Франции умеренно кислые почвы известкуют. Перед вспашкой вносят Pi00- 150К250-300 и ПРИ необходимости, 500-750 кг/га СаО. В последующие годы осенью делают подкормку Р150К200 кг/га. Максимальный выход сухого вещества 16,5-17,9 т/га, сбор переваримого протеина -21,13-26,04 ц/га [73].
В Югославии до 12,1 т/га сена получают при внесении 40 т навоза + ЫюоРэдКбо минеральных удобрений. На бедных псевдоглеевых почвах в результате многолетних опытов рекомендовано производству внесение макро- и микроудобрений в следующих дозах: N13o+Mo7+Cu7o кг/га на фоне Р250К.300 кг/га. Увеличение дозы азота с добавлением молибдена и меди повышает урожайность в 2-3 раза по сравнению с внесением только N5o. Урожайность сухой мас-
15
сы люцерны за три года пользования составляет 56,1 т/га, при внесении N5o [74, 75].
В Венгрии используют в качестве удобрений навозную жижу, 100 м3/га, что эквивалентно внесению N370P94K250 кг Дв-/га- Урожайность люцерны в среднем составляет 365 ц/га зеленой массы, что на 30% больше, чем без удобрений [76].
При возделывании люцерны на орошаемых землях в Чехословакии научно-исследовательский институт агротехники рекомендует для получения урожайности около 65 т/га зеленой массы поддерживать влажность почвы на уровне 80% НВ, вносить полное минеральное удобрение в дозе N50P30K50 - без орошения.
В Болгарии на карбонатном черноземе при поддержании влажности почвы на уровне 75% НВ самый высокий урожай сухого вещества обеспечивает внесение ЫбоР24оК-4оо- Экономически наиболее целесообразно применение фосфор-но-калийных удобрений в дозе Р200К200 в запас под вспашку и обработка семян перед посевом молибденом в дозе 150 г/га. Урожайность сухого вещества при такой системе удобрений в среднем за три года пользования составляет 13,2 т/га, без удобрений 11,7 т/га [13, 78, 37, 79].
В ЦЧО областях России возделывание люцерны на подзолистых серых лесных почвах возможно только при внесении извести, навоза и фосфорно-калийных удобрений в дозе РвоКш [27, 28]. На дерново-подзолистой тяжелосуглинистой почве 10 т/га сена возможно получить только при внесении 60 т/га навоза с добавлением 2 т извести, минеральных удобрений Р240К300, обработке семян молибдатом аммония 300 кг/га и нитрагином штамм 441а. На дерново-аллювиальных, суглинисто-супесчаных почвах 17,5 т/га сена получается при внесении 1чГ6ОРбоК12О, на пойменных землях 60 т/га зеленой массы обеспечивает полное минеральное удобрение N40P40K40 [80, 81, 82].
Украинский научно-исследовательский институт земледелия (УНИИЗ) на дерново-подзолистых почвах так же рекомендует под люцерну внесение извести, навоза 20 т/га, фосфорно-калийных удобрений Р45К45 c молибденом, что
16
обеспечивает получение 42 т/га зеленой массы (без удобрений 33 т/га) [83, 84]. На серых лесных почвах лучшие результаты получаются при внесении 40 т/га навоза на фоне P60Ki2o. На деградированном черноземе - N75P150K120, внесенных один раз при закладке участка [85, 86].
На орошаемых землях Украины люцерну сеют после уборки озимых на зеленый корм. На солонцеватых почвах экономически эффективно внесение под вспашку Р9о и нитрофоски (КюРюКю) в рядки при посеве. Прибавка урожая в сумме за три года составляет 28% по сравнению с неудобренным фоном [46, 87].
В Николаевской области Украины 50-65 т/га зеленой массы и 5,4-6,7 т/га сена люцерны на посевах прошлых лет получают при внесении на неорошаемых участках N45-50P45 один раз весной, на орошаемых дважды МзоРзо под первый укос, К45Р35 под второй [88].
В Молдавии для получения высоких урожаев люцерны рекомендуются, следующие дозы минерального удобрений на богаре: под вспашку N90P90K90, на второй год пользования подкормка после укосов К3оРбоКб(ъ на третий год-N30P30K30; при орошение соответственно N45Pi25Ki25> N45P90K90 и N45P45^45- На пойменных легкосуглинистых почвах удобрения вносить не рекомендуется, но обращается внимание на обработку почвы и поливной режим [89].
Исследования Всероссийского научно-исследовательского института орошаемого земледелия показали, что при возделывании люцерны дозы удобрений находится в прямой зависимости от обеспеченности растений влагой. По данным Дроновой Т.Н., Беляковой Н.А., [90] в условиях орошения люцерна второго года жизни способна формировать урожайность (зеленая масса, т/га) на уровнях: 40 т/га - без внесения удобрений и влажности почвы 60% НВ; 60 т/га -при внесении К120Р70К75 и влажности 75% НВ; 100т/га-при внесении N200P110K125 и влажности 80% НВ; 120 т/га (макс.) - при внесении N240P130K150 при влажности 80-100% НВ.
Азотные подкормки при поддержании влажности на уровне 60% НВ не должны превышать 20 кг д.в. на 1 га под каждый укос, при 80% НВ - не более
17 |