Экспериментально-теоретическое обоснование технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в юго-западной части Центрального региона России при биологизации земледелия

Актуальность темы

Во многих странах из-за последовательного проведения программ химизации и мелиорации химическая нагрузка на поля и другие компоненты агроландшафта росла в геометрической прогрессии. Интенсивное использование азотных и фосфорных удобрений в период с 1960 по 2000 гг. привело к значительному истощению естественного плодородия почв, ухудшению качества воды, воздуха и сельскохозяйственной продукции (Bumb, Baanante, 1996. Pinstrup-Anderson, Pandy-Lorch, Rosegrant, 1997; Tilman, Fargione, Wolff, et al. 2001. Vance, 2001).

В мировой практике прослеживается тенденция снижения доз применяемых минеральных удобрений и возрастания роли их интегрированного использования (по экономическим и экологическим соображениям) с агротехническими приемами, направленными на поддержание естественного плодородия почв, включая научно обоснованные севообороты, мероприятия, направленные на повышение биоразнообразия полезной почвенной мезои микрофауны.

Развитие и внедрение экологически ориентированных систем сельского хозяйства, получение экологически безопасных продуктов питания является одним из наиболее перспективных направлений развития современного сельского хозяйства.

Многолетние исследования, выполненные в Брянской ГСХА (Мальцев, Ториков, Мельникова и др., 2005; Улитенко, 1997; Юдин, 1999; Сорокин, 2003; Зуке, 2005; Прокопенков, 2008; Малявко, 2009) свидетельствуют, что при более полной реализации всех факторов биологизации, без применения средств химизации, на серых лесных хорошо окультуренных почвах можно получать урожайность зерновых культур около 30 ц/га и высокий урожай других культур. При внесении минеральных удобрений из расчета (ТЧРК)зо-45 и пестицидов урожайность возрастает до 40 ц/га. При этом можно иметь самые высокие экономические показатели производства продукции растениеводства с одновременным исключением загрязнения окружающей среды. В условиях биологизации земледелия возделывание кормовых бобов в севооборотах, основанных на принципах плодосмена, приобретает особую актуальность.

В связи с этим необходимо совершенствовать технологии возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов.

Цель исследований — изучить технологические особенности возделывания яровой пшеницы, ярового ячменя, овса, кормовых бобов, установить закономерности формирования урожайности и качества, засоренности и минерального состава зерна и семян изучаемых культур в зависимости от новых элементов технологии возделывания. Сравнить новые сорта ячменя и овса по показателям: урожайности, адаптивности, пластичности, стабильности, качеству зерна. Изучить агрохимический, агрофизический и минеральный состав почвы, минеральный состав сорных и культурных растений, а также определить коэффициенты накопления тяжелых металлов.

В задачи исследований входило:

1. Изучить биологические и технологические особенности возделывания яровых зерновых и кормовых бобов.

2. Дать обоснование биологизации земледелия как основы развития современного сельского хозяйства.

3. Изменение показателей почвенного плодородия и фитосанитарного состояния почв в зависимости от технологии возделывания.

4. Установить динамику сегетальной флоры в посевах яровых зерновых культур и кормовых бобов в зависимости от технологии возделывания.

5. Разработать теоретические и практические вопросы программирования урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от структуры урожая, влаго-, теплообеспеченности, прихода ФАР. Построить модели урожайности яровых зерновых культур и кормовых бобов на основе корреляционно-регрессионного анализа.

6. Установить закономерности формирования урожайности, адаптивности, пластичности и стабильности новых сортов ячменя и овса.

7. Оценить качество основной продукции исследуемых культур в зависимости от технологии возделывания и сорта.

8. Дать анализ минерального состава сельскохозяйственной продукции в зависимости от рода, сорта и технологии возделывания.

9. Определить экономическую эффективность возделывания изучаемых культур.

Объекты исследований — яровая пшеница, ячмень, овес, кормовые бобы, технологии их возделывания и сорта изучаемых яровых зерновых культур.

Научная новизна. 1. Впервые в юго-западной части Нечерноземной зоны России дана оценка технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в севооборотах с разной степенью насыщенности средствами химизации, применением микроэлементов и биологически активных препаратов.

2. Разработаны модели формирования потенциальной урожайности яровых зерновых культур и кормовых бобов.

3. Дан анализ изменения динамики видового состава сорняков в посевах полевых культур в зависимости от технологий возделывания и погодных условий. Определены коэффициенты корреляции, регрессии, детерминации, составлены уравнения регрессии.

4. Исследованы показатели плодородия и фитосанитарного состояния почвы, рассчитаны оптимальные дозы минеральных удобрений на планируемый уровень урожайности и коэффициенты накопления тяжелых металлов.

5. Выявлены изменения минерального состава у сортов яровых зерновых культур, кормовых бобов и сорных растений, рассчитаны коэффициенты накопления.

6. Дана агрономическая оценка применения новых пестицидов на посевах ячменя и овса.

7. Показана экономическая эффективность биологизации технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов (использования навоза, зеленых удобрений и соломы на удобрение).

8. Даны практические рекомендации производству по использованию альтернативных и биологических технологий возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов в севооборотах, основанных на принципах плодосмена.

Практическая значимость проведенных исследований состоит в возможности прогнозирования урожайности зерновых и зернобобовых культур, демонстрации возможности получения высоких урожаев с хорошим качеством продукции, включая минеральный состав, при применении альтернативных и биологических технологий возделывания.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: «Новые идеи, технологии, проекты и инвестиции. Брянск, 2001», «Использование достижений современной биологиче- < ской науки при разработке технологий в агрономии, зоотехнии, ветеринарии. Брянск, 2003», «Производство экологически безопасной продукции растениеводства и животноводства. Брянск, 2004», «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур», научная конференция ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. М, 2006″, «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур», научная конференция ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. М, 2007″, «Актуальные направления биологи-зации земледелия и программирования урожая сельскохозяйственных культур. Брянск, 2007», «Социальная миссия кооперации через реализацию национальных проектов. Брянск, 2007», «Вклад молодых ученых в реализацию приоритетного национального проекта „Развитие агропромышленного комплекса“. Троицк, 2008», «Биологизация земледелия в Нечерноземной зоне России. Брянск, 2010», а также ежегодно докладывались на заседаниях кафедры растениеводства и общего земледелия ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модели формирования потенциальной урожайности яровых зерновых культур и кормовых бобов для условий юго-западной части Нечерноземной зоны России.

2. Изменение урожайности культур в зависимости от технологий возделывания.

3. Роль сорта в повышении урожайности культур, оценка адаптивного потенциала, пластичности и стабильности новых сортов яровых зерновых культур.

4. Влияние технологий возделывания на изменение засоренности посевов.

5. Качество зерна в зависимости от сорта, технологий и условий возделывания.

6. Изменение минерального состава зерна в зависимости от технологии возделывания и сорта.

7. Экономическая эффективность технологий возделывания.

По теме диссертации опубликовано 42 работы, в т. ч. 11 — в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личное участие автора составляет около 80%. Автором непосредственно получены данные по яровой пшенице и около 95% данных по овсу, в 20 022 004 гг. данные по ячменю были получены совместно с к.с.-х.наук Зуке А. Ж. и Де Соуза Нето Ф. Ф., с 2005 по 2008 гг. данные по ячменю были получены непосредственно автором, в 2003;2005 гг. данные по кормовым бобам были получены совместно с к.с.-х. наук И. А. Самусенко, в 2002 году данные по кормовым бобам были получены автором. Все виды анализов, кроме биохимических анализов (за исключением 2007;2008 гг.) выполнялись в лаборатории ИКС, стандартизации и основ научных исследований, а также лаборатории технологии производства продукции растениеводствабиохимические анализы проводились в специализированных лабораториях, о чем говорится в соответствующих разделах. Данные по сортам (кроме минерального состава) были получены совместно со специалистами Брянского филиала ФГУ «Госсорткомиссия», проанализированы и самостоятельно обработаны автором.

Автор выражает благодарность за помощь в проведении исследований и написании диссертационной работы научным консультантам -— Заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессоруІВ.Ф. Мальцеву! Заслуженному работнику сельского хозяйства РФ, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Торикову В. Е., доктору с.-х. наук, профессору Белоусу Н. М., директору опытной агрономической станции Брянской ГСХА Ляхову В. А., кандидатам с.-х. наук Прокопенкову A.B., Шапочкину С. С., сотрудникам кафедры растениеводства и общего земледелия Брянской ГСХА: доктору с.-х. наук, профессору Звереву В. А., докторам с.-х. наук Мельниковой О. В., Малявко Г. П., кандидатам с.-х. наук Юдину A.C.- Самусенко И. А., Зуке А. Ж., де Соуза Н.Ф.Ф., сотрудникам межкафедральной лаборатории Брянской ГСХА.

Заключение

.

1. Физические показатели качества в различные годы по разным культу-Масса 1000 зерен, натура, выравненность, пленчатость зерна в различные годы по разным культурам имели множественные несущественные различия между технологиями возделывания.

2. Содержание протеина снижалось с понижением насыщения технологии средствами химизации (с 17,4 до 15,7% по яровой пшенице, с 12,5 до 11,3% по ячменю, с 13,1 до 12,5% по овсу и с 26,2 до 24,4% по кормовым бобам в среднем за годы исследований). Существенного влияния на другие химические показатели качества зерна различные технологии не оказывали. На содержание протеина в семенах кормовых бобов оказывали применение микроудобрений — достоверно повышается содержание протеина при применении молибдено-во-кислого аммония (на 1,6%), сернокислого марганца (на 3,1%) и сернокислого магния (на 2,2%). Содержание золы не зависело от применения микроудобренийсодержание Сахаров возрастает — наибольшее увеличение обеспечивали молибденово-кислый аммоний (+1,4%), сернокислый цинк (+1,4%) и сернокислый никель (+1,7%).

В зерне яровой пшеницы Лада достаточно высокое содержание сырой клейковины по всем изучаемым технологиям, которое уменьшается со снижением химической нагрузки, но, тем не менее, зерно, выращенное по альтернативной и биологической технологиям содержит более 23% сырой клейковины II группы качества и может быть оценено 3 классом, что неплохо в современных условиях, когда большая часть зерна оценивается 4−5 классами.

3. По содержанию белка, как основного лимитирующего показателя качества пивоваренного ячменя, на пивоваренные цели подходит ячмень Эльф, выращиваемый только по биологической технологии (<12%) — то же относится к солоду, получаемому из этого зерна. Наиболее приближена к этому варианту альтернативная технология.

Оцениваемые сорта ячменя имели преимущественно хорошую выравнен-ность, лучшая выравненность наблюдалась у новых сортов (>90%). По натуре зерна (>630 г/л) для переработки в крупу в среднем за исследуемые годы подходят сорта Эльф, Маргрет, Раушан, Якобинец, Бином, Московский 2, Московский 3, Зазерский 85, Прима Белоруссии, Пасадена, Визит, Филадельфия, Турингия, Толар, Владимир, Ассоль.

Сорта ячменя, удовлетворяющие требованиям к пивоваренному ячменю по содержанию белка: Прометей, Изабелла, Беатрис, Малз, Арбалет, а по способности к прорастанию (>95%) пригодны лишь Прометей и Изабелла.

По крупяным качествам лучшим сортом овса по комплексу показателей был сорт Гунтер, а не соответствовал технологическим требованиям сорт Улов.

4. Родовые различия исследуемых сортов яровой пшеницы, ячменя и овса значительные. Наиболее благоприятным минеральным составом характеризуется зерно овса по большинству макроэлементов. Так, содержание калия в зерне овса достигает 5600 мг/кг, кальция — 460, натрия — 32 и серы — 1100 мг/кг. По количеству микроэлементов также имеются достоверные различия. Некоторые микроэлементы невозможно сравнить из-за присутствия их в следовых количествах. Зерно яровой пшеницы можно охарактеризовать как наиболее богатое марганцем (27 мг/кг), ячменя — цинком (24 мг/кг), овса — молибденом (1,0 мг/кг), никелем (2,9 мг/кг) и кремнием (840 мг/кг). По содержанию токсичных элементов также имеются достоверные различия: алюминия больше накапливается в зерне ячменя, кадмия — в зерне яровой пшеницы.

Кормовые бобы содержали повышенное по сравнению с яровой пшеницей количество фосфора, калия, кальция, натрия, серы, железа, бора, меди, кобальта, никеля, алюминия.

Интенсивные технологии возделывания, применяющиеся на протяжении 25 лет на опытном поле Брянской ГСХА, ведут в основном к обеднению минерального состава зерна. В вариантах биологической технологии в зерне увеличивается концентрация фосфора, калия, кальция, серы, магния, железа, меди,.

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЯРОВЫХ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И КОРМОВЫХ БОБОВ.

Любая работа должна помимо агрономической комплексной оценки технологий возделывания включать оценку технологий и применяемых приемов с точки зрения экономики.

Как показывают многочисленные исследования (Мальцев, 1991; Улитен-ко, 1997; Лямцев, 1999; Сорокин, 2003; Зуке, 2005; Де Соуза нето, 2005; Камков, 2006; Самусенко, 2006), несмотря на снижение урожайности яровых зерновых > культур при переходе к биологическим технологиям, затраты в этих технологиях также резко снижаются за счет того, что не приобретаются средства химизации, затраты на которые в интенсивных технологиях составляют значительную долю. Тем более это относится к кормовым бобам, которые не только не уменьшают свою урожайность при биологической технологии возделывания, а, наоборот, ее увеличивают при снижении производственных затрат.

Расчет экономической эффективности выполнен на основе типовых технологических карт, а также исходя из фактического уровня цен на материально-технические ресурсы и сельскохозяйственную продукцию, сложившуюся за годы исследований. При этом распределения затрат на органические удобрения по последующим после картофеля культурам севооборота не проводилось.

В современных условиях сельскохозяйственного производства большой удельный вес в структуре затрат приходится на минеральные удобрения и химические средства защиты растений из-за их высокой отпускной цены. Поэтому и расчет экономической эффективности показывает необходимость уменьшения их использования на основе увеличения применения всевозможных форм органических удобрений, что помимо экономического эффекта имеет высокий экологический эффект.

Результаты определения экономической эффективности технологий в зависимости от насыщенности средствами химизации представлена в таблице 158. в зависимости от насыщенности средствами химизации техно-ло-гии Варианты систем удобрений и защиты растений Средняя урожайно ст ь, ц/га Стоимость валовой продукции, руб/га Производственные затраты, руб/га Производстве нная себестоимость, руб/ц Чистый ДОХОД, руб/га Рентабельность, % Окупаемость, раз.

Яровая пшеница (2000;20 03 гг.).

1 (ЫРК)120+МЭ+ЗУ+ с+н+п 36,6 18 300 15 373,1 420,0 2926,9 19,0 0,19.

2 (ЫРК)9о+МЭ+Н+3 У+С+П 36,2 18 100 13 216,0 365,1 4884,0 37,0 0,37.

3 О1РК)60+Н+ЗУ+С+ МЭ+ПУ 33,2 16 600 8178,5 246,3 8421,5 103,0 1,03.

4 Н+ЗУ+С 29,0 14 500 3029,0 104,5 11 471,0 378,7 3,79.

Ячмень (2002;2 008 гг.).

1 №К), 20+ЗУ+С+П 36,3 16 335 13 192,3 363,4 3142,7 23,8 0,24.

2 О1РК)90+Н+П 37,4 16 830 11 039,4 295,2 5790,6 52,5 0,52.

3 (ЫРК)60+ЗУ+С+ Н+Пу 37,3 16 785 8080,3 216,6 8704,7 107,7 1,08.

4 Н+ЗУ + с 27,7 12 465 2915,3 105,2 9549,8 327,6 3,28.

Овес (2005;20 08 гг.).

1 0ЧРК), 20+ЗУ+С+П 36,0 14 400 14 350,7 398,6 49,3 0,3 0.

2 (№К)90+Н+П 38,2 15 280 12 201,0 319,4 3079,0 25,2 0,25.

3 (ЫРК)б0+ЗУ+С+ Н+Пу 36,4 14 560 8402,1 230,8 6157,9 73,3 0,73.

4 Н+ЗУ + с 31,1 12 440 2265,0 72,8 10 175,0 449,2 4,49.

Кормовые бобы (20 02−2005 гг.).

1 ^5(РК), 05+ЗУ+ с+п 30,7 30 700 15 357,6 500,3 15 342,4 100,0 1.

2 Ызо (РК)7о+Н+ П 33,0 33 000 14 040,5 425,5 18 959,5 135,0 1,35.

3 Ы, 5(РК)з5+Н +ЗУ+С+Пу 36,2 36 200 12 790,8 353,3 23 409,2 183,0 1,83.

4 Н+ЗУ+С 37,2 37 200 8462,6 227,5 28 737,4 339,6 3,4.

Оценка экономической эффективности возделывания яровых зерновых культур и кормовых бобов показывает, что при снижении уровня применения средств химизации затраты на минеральные удобрения и пестициды резко совых бобов по биологической технологии.

Наибольшие затраты в биологической технологии возделывания кормовых бобов приходятся на семенной материал и значительно меньшие — на ГСМ, остальные статьи издержек значительно ниже.

Помимо технологий в зависимости от насыщенности средствами химизации нами были оценены технологии возделывания ячменя, овса и кормовых бобов в зависимости от применения гуминового препарата гумистим и ячменя и овса в зависимости от применения различных гербицидов на фоне (ТЧРК)6оРезультаты отражены в таблицах 159−163.