Главная » Лекции » Сельское хозяйство и пищевая промышленность » Земледелие » 18 Влияние чередования культур на агрофизические и биологические факторы плодородия

18 Влияние чередования культур на агрофизические и биологические факторы плодородия

2021-03-09 СтудИзба

Лекция 16

Тема - Влияние чередования культур на агрофизические и биологические факторы плодородия.

План

      1.  Влияние чередования культур на сохранение органического

и питательных веществ в почве.

2. Влияние чередования культур на водный режим и физические

свойства почвы.

3. Биологические причины чередования культур.

Рекомендуемые файлы

Влияние чередования культур на сохранение органического

и питательных веществ в почве

При возделывании той или иной культуры в почве происходят одновременно процессы синтеза и накопления органического вещества, а также его разрушения.

Культурные растения оставляют после себя значительное количество корневых и пожнивных остатков, являющихся одним из основных источников прихода органического вещества.

На черноземах выщелоченных для условий Ставропольского края наибольшее количество ценнейшей биомассы отмечается после люцерны двухгодичного пользования. Как показывают расчеты, в почву поступает 163,3 ц/га корней поукосных остатков. После эспарцета одногодичного пользования их остается значительно меньше - 62,3 ц/га.

Как известно, кукуруза отличается своей мощной корневой системой и продуктивностью. После нее в процесс гумификации включается 52,3 ц/га органических остатков. Масса жнивья и корней после озимой пшеницы и овсяно-гороховой смеси мало различается. Меньше всего остатков поступает в почву после уборки гороха - 26,3 ц/га.

При чередовании возделываемых культур в севообороте обеспечивается равномерное поступление послеуборочных остатков. Изменяя соотношение площадей под разными культурами севооборота, можно в известной степени регулировать поступление органического вещества в почву.

Баланс зависит также и от массы разложившегося органического  вещества.

Степень разложения растительных остатков зависит от многих факторов (влажность почвы, продолжительность послеуборочного периода, частота рыхления почвы и т.д.), но определяющим является соотношение углерода и азота в растительных остатках. При более широком, чем 20:1, соотношении и отсутствии минерального азота разложение замедляется.

Культуры по этому показателю имеют существенные различия. Особенно большие различия между зерновыми колосовыми культурами, имеющими С:N в пределах 80-85, и бобовыми, корнеплодами и др., имеющими С:N 25-30.

Быстро разлагаются послеуборочные остатки культур, содержащих много белков, углеводов - озимый рапс, озимая вика, озимая рожь на зеленый корм, многолетние травы, бобово-злаковые смеси, кукуруза на зеленый корм и т. д. Медленнее идет разложение остатков гороха и других бобовых культур, убранных на семена, сахарной свеклы, кукурузы на силос. Затягивается разложение послеуборочных остатков зерновых колосовых культур при бессменном посеве, которые из года в год накапливаются в почве.

Так, по данным Н. И. Зезюкова, в слое почвы 0-40 см перед посевом бессменных культур негумифицированные остатки составляли: по озимой пшенице -74,2, по гороху -35,0 и по сахарной свекле -41,2 ц/га.

Разложение органических остатков оказывает влияние на формирование питательного режима почвы. При содержании в остатках азота более 1,7 % и соотношении С:N уже 20 разложение идет с выделением минеральных форм азота.

При плодосмене происходит чередование культур с низким и высоким темпами разложения биомассы. При этом обеспечивается быстрое высвобождение минеральных питательных веществ, нет их биологического поглощения, нет накопления в почве негумифицированных остатков, на которых поселяется грибная микрофлора, продуцирующая токсины.

Сельскохозяйственные культуры для роста и развития потребляют определённое количество питательных вещества. Для образования одной тонны биомассы растения выносят из почвы (кг):

                                                              

                                                                  азота           фосфора           калия

озимая пшеница                                      32,5                 11,5               20,0   

 яровая пшеница                                     42,7                 12,4               20,5

 ячмень                                                     25,0                 10,9               17,5

овёс                                                           29,5                 13,1               25,8

картофель                                                  6,2                  3,0                 14,5

сахарная свекла                                        4,9                    1,5                6,0

 С урожаем зерна озимой пшеницы 30  ц с 1га из почвы выносится азота около 100 кг, фосфора 35, калия 60 кг, с урожаем корней сахарной свеклы 300 ц/га - соответственно 150,45 и 180 кг и т.д.

Часть минеральных питательных веществ возвращаются в почву с послеуборочными остатками.

Во избежание одностороннего истощения почвы отдельными элементами питания необходимо правильное чередование культур в севообороте. Чем больше растительных остатков запахивается в почву, тем больше питательных веществ остается в ней. Однако некоторые возделываемые растения (картофель, корнеплоды) почти ничего не оставляют в почве из взятых ими биогенных элементов азота, фосфора, калия и других, поэтому следует чередовать эти культуры с другими, обогащающими почву этими элементами. В условиях юга России к посеву озимой пшеницы в пахотном слое накапливается NО3 (мг/кг почвы): после горохо-овсяной смеси до 60, гороха 45-60, озимой пшеницы - 35-40, кукурузы - 30-40, подсолнечника, сахарной свеклы 15-35 мг. Влияние предшественников отчётливо сохраняется до массового кущения.

Хотя ни одно растение и не обогащает почву зольными веществами, но свойство использовать их у разных растений неодинаково. Некоторые растения могут усваивать питательные вещества из труднодоступных соединений, тогда как для других необходимы легкодоступные формы. Так люпин и гречиха не только извлекают для себя фосфор из малодоступных соединений, но и оставляют для последующих культур больше легко доступных соединений этого элемента.

В условиях зоны неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья после гречихи, содержание подвижного фосфора в пахотном горизонте было на 45-46% выше, чем после кукурузы на силос, занятого пара, гороха на зерно.

Подобные различия наблюдаются и в использовании питательных веществ из разных слоев почвы, что объясняется неодинаковой глубиной проникновения корней.

Научно обоснованное чередование культур является одним из важных средств регулирования питательного режима почвы и улучшения питания растений.

 Влияние чередования культур на водный режим и физические

свойства почвы

Влага является фактором, чаще всего ограничивающим урожайность сельскохозяйственных культур в засушливых и неустойчиво влажных агроклиматических районах. Поэтому все приёмы регулирования содержания влаги в почве имеют большое значение, и особенно важным является чередование культур в севообороте.

Возделываемые культуры требуют для создания урожая разного количества влаги и обладают разной способностью использовать её из почвы.

Озимая пшеница, горох, просо, суданская трава, кукуруза на силос для создания урожая используют воды меньше, чем, например кукуруза на зерно.

Культуры - сахарная свекла, подсолнечник, многолетние травы, имея глубокую корневую систему, в состоянии использовать больше влаги, чем растения с мелко залегающей корневой системой.

По данным Ставропольского НИИСХ в среднем за 7 лет запас влаги в полутораметровом слое почвы в период сева озимой пшеницы был равен на занятом паре - 326,1 мм, после подсолнечника всего 259,3 мм.

Предшествующие культуры по разному накапливают влагу к посеву в слое почвы 0-20см.

На Ставрополье ведущей зерновой культурой является озимая пшеница и основные её площади сосредоточены в засушливых и крайне засушливых районах. Анализ влагозапасов, сформировавшихся к посеву озимой пшеницы, показывает, что их явно недостаточно для обеспечения её нормального осеннего развития по непаровым предшественникам. Необходимые (более 15 мм) влагозапасы в пахотном слое почвы не обеспечиваются в 60-89% лет, вследствие чего в этих условиях поля после непаровых предшественников большей частью оставляют под черный пар.

Исследования, проведенные на Прикумской опытно-селекционной станции показали, что после кукурузы на силос к севу озимой пшеницы лишь один раз за 10 лет запасы продуктивной влаги были на уровне 15 мм. Три года составляли 5 мм и в шести случаях влаги вообще не осталось.

Изучение влажности пахотного слоя почвы перед посевом озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края показало, что больше всего влаги содержится на занятых парах. Среди непаровых предшественников по влиянию на увлажнение слоя почвы 0-20см отличается горох, возделываемый на зерно, после которого, как правило, накапливается влаги больше, чем по кукурузе на силос и озимой пшенице.

Возделываемые    растения    имеют    различный    коэффициент водопотребления. На почве, занятой растительностью, большая часть величины общего расхода воды падает на транспирацию.

Величина испарения воды из почвы зависит от степени затенения ее растениями и продолжительности периода, когда вся поверхность не защищена растениями.

Растения, рано образующие весной сплошной покров (озимые зерновые, многолетние травы), почти всю расходуемую воду используют на транспирацию, тогда как медленно растущие растения с большой площадью  питания (кукуруза, картофель и др.) в первый период роста не требуют большого количества воды. В то же время значительная часть ее испаряется с открытой поверхности почвы. Первая группа растений предъявляет повышенные требования к влаге весной и в первую половину лета, а вторая -в июле - августе, в южных районах и в сентябре.

Для лучшего использования складывающихся метеорологических условий важно иметь правильное соотношение в структуре посевных площадей пропашных и зерновых колосовых культур сплошного сева

Имеются различия между зерновыми и колосовыми культурами, озимыми

и яровыми, особенно в зонах недостаточно обеспеченных влагой.

Озимые сеются в период высоких температур, вследствие чего часто бывает трудно к их посеву накопить в почве влагу для получения всходов в оптимальные сроки. Но если всходы озимых получены, кущение растений обеспеченно, так как в осенний период постепенно снижается температура воздуха и почвы, уменьшается испарение влаги. Небольшие осадки могут увлажнить верхний слой почвы, и он сохраняется длительное время.

Яровые зерновые колосовые культуры высеваются весной, когда в почве содержится максимум влаги и получение их всходов всегда обеспечено, но в то же время из-за повышения температуры воздуха непрерывно увеличивается испарение влаги из почвы. Если нет осадков, то верхний слой почвы высыхает, что препятствует образованию вторичных корней.

В годы с весенней засухой яровые колосовые культуры имеют слабые поверхностные корни и не в состоянии использовать влагу из слоя 50-100 см и глубже.

Озимые культуры с осени образуют вторичные корни, которые извлекают влагу из слоя почвы 0-150 см.

Следовательно, возделываемые культуры вследствие больших различий по биологии и технологии возделывания сохраняют и используют влагу из почвы по разному.

Учёт всестороннего влияния различных сельскохозяйственных культур на водный режим тем важнее, чем засушливее климат.

Сельскохозяйственные культуры и их чередование влияют и на физические свойства почвы, особенно это, сказывается на структуре, строении и сложении.

Среди многообразия факторов структурообразования главная роль принадлежит корням растений. Это связанно с массой и развитием корней, условиями их разложения и обработкой почвы.

Наибольшее влияние на структуру почвы оказывают растения с хорошо развитой корневой системой, постоянно покрывающими поверхность почвы наземными органами, без обработки почвы в период вегетации. Такие условия создаются под многолетней бобово-злаковой смесью, у которой масса пожнивно-корневых остатков превышает урожай наземной части.

Действие однолетних трав на содержание агрономически ценных агрегатов в почве значительно ниже, чем многолетних, что обусловлено более коротким периодом вегетации.

Среди зерновых колосовых культур большей способностью к образованию почвенной структуры обладают озимые растения, которые имеют более продолжительный период вегетации, значительно лучше развитую корневую систему и хорошо защищают почву осенью и весной от разрушающего действия атмосферных осадков и талых вод.

Пропашные культуры, кроме кукурузы, оказывают меньшее влияние на улучшение структуры почвы.

Особенно слабо выражено оструктуривающее действие у сахарной свеклы и картофеля, у которых накапливается мало корней. В период уборки почва под ними подвергается сильному механическому воздействию, происходит распыление макроагрегатов, существенно усиливающиеся при высокой или недостаточной влажности.

С. А. Воробьёв (1979) основные полевые культуры в порядке убывающей способности к структурообразованию располагает следующим   образом: многолетние бобово-злаковые травосмеси - однолетние бобово - злаковые смеси - озимые зерновые культуры - кукуруза - яровые зерновые -зернобобовые - картофель - корнеплоды.

В опытах Ставропольской ГСХА (Дорожко и др., 1994) водопрочность структуры почвы перед посевом озимой пшеницы по эспарцету была 74,5 %, на бессменных посевах 70,0 %, а по сахарной свекле - 60,2 %.

От структуры почвы зависят и другие физические свойства: водо- и воздухопроницаемость, плотность почвы.

По данным Краснодарского НИИСХ (Казанкова и др., 1975) плотность сложения пахотного слоя выщелоченного чернозёма под озимой пшеницей по одинаковым предшественникам была выше в севообороте с насыщением пропашными культурами до 60 % площади по сравнению с менее насыщенным севооборотом.

Меньшая плотность и повышенная скважность наблюдается на пропашных культурах за счёт междурядных обработок. Однако рыхление пахотного слоя сопровождается уплотнением нижнего.

Биологические причины чередования культур

Севооборот является средством борьбы с сорными растениями, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур.

Культуры имеют разную биологию и технологию возделывания. С другой стороны имеется большое разнообразие сорных растений, которые приспосабливаются к возделываемым культурам, внедряются в их посевы.

По данным Ставропольского НИИСХ культуры севооборота засоряются определёнными биологическими группами сорняков. На пропашных наблюдали поздние яровые сорняки (217, 188 шт./м2) и несколько меньше ранних (162 и 166 шт./м2). На озимой пшенице, наоборот, насчитывалось больше ранних, чем поздних сорняков, а также в два раза увеличивалось количество всходов зимующих растений в сравнении с пропашными.

В посевах озимой пшеницы к уборке урожая преобладали зимующие и яровые ранние сорняки. На горохе - яровые ранние. Их в два раза больше, чем на озимых, в 10 раз больше, чем на пропашных, и в 6 раз больше, чем зимующих и поздних сорняков на этой же культуре.

Посевам пропашных опасны поздние яровые сорняки, которых соответственно в 4 и 8 раз больше, чем зимующих и яровых ранних.

Возделываемые культуры имеют разную биологическую способность противостоять сорным растениям. Сильнее засоряются и подавляются сорняками культуры с медленным ростом в первый период после посева, а также с менее развитой надземной частью и слабыми корнями.

Условно все растения полевой культуры можно разделить на три группы: 1) с высокой конкурентной способностью (озимые зерновые, многолетние травы); 2) со средней (яровой ячмень, овёс, подсолнечник, кукуруза, люпин и др.); 3) со слабой конкурентной способностью (просо, картофель, сахарная свекла и др.). Условность этого деления объясняется тем, что конкурентность, кроме биологических свойств растений, зависит от применяемой технологии возделывания и, в частности, предшественника.

В опытах Ставропольской ГСХА установлено, что озимая пшеница в бессменных посевах менее конкурентноспособна, так как подавляет сорняки всего на 18%, по кукурузе на силос - на 22%, по занятому пару - на 28%.

В севообороте борьба с сорняками осуществляется за счёт чередования культур - слабо и сильно угнетающих сорняки, пропашных и сплошного посева, озимых и яровых позднего и раннего сроков сева. В конечном итоге чередование культур в севообороте в сочетании с системой обработки почвы и уходом за растениями может быть эффективным средством борьбы с сорняками.

Фитосанитарная роль севооборота в условиях биологизации земледелия приобретает все большее значение. В настоящее время научные учреждения страны накопили большое количество данных о важной роли чередования культур в борьбе с сорной растительностью.

Итоги многолетних наблюдений в стационарном опыте кафедры земледелия Ставропольского ГАУ показали, что засоренность озимой пшеницы, озимого ячменя, гороха и овса в бессменных посевах в 2-З раза выше, чем в севообороте.

Большую опасность при отсутствии севооборота представляют болезни и вредители сельскохозяйственных культур. При бессменных посевах, привлеченные биомассой культуры, как источником пищи, насекомые и зачатки болезней накапливаются на растениях, их послеуборочных остатках, в почве. Вследствие этого их численность и вредоносность растут из года в год.

Важная биологическая особенность насекомых и болезней растений -наличие у них избирательности к биомассе, выработанная эволюционно. Учитывая это, легко понять многочисленные факты более сильного поражения и повреждения вредителями бессменных посевов. С другой стороны, смена произрастающих на данном поле растений ведёт к их угнетению и даже гибели.

Большой урон производству зерна наносят грибные заболевания  зерновых культур. Источниками инфекции являются семена, но особенно растительные остатки и почва.

Исследования, проведенные А. А. Гавриловым и др. (1975, 1998), показывают, что пораженность озимой пшеницы корневыми гнилями наиболее сильно проявляется по парозанимающим предшественникам, включающим как компонент озимую пшеницу. По вико-пшеничной смеси развитие болезни составляло 21,6 %, по другим предшественникам, и в особенности по эспарцету, люцерне, гороху, пораженность была намного ниже - 12,6-14,4 %.

Для зерновых колосовых из вредителей наиболее опасны хлебная жужелица, хлебный пилильщик, шведская и гессенская мухи, клоп вредная черепашка и др.

Посев озимой пшеницы на одном поле более двух лет подряд в благоприятные по увлажнению годы, как правило, приводит к гибели посевов от повреждения личинками хлебной жужелицы на 50-70 % и более.

Сахарная свекла при повторных посевах сильно поражается корнеедом, церкоспорозом и другими болезнями, инфекция которых сохраняется в оставшихся на поле частях растений и в почве.

Большой вред наносят болезни подсолнечнику. Ложная мучнистая роса, склеротиния, сухая гниль корзинок и другие снижают урожай в благоприятные для развития болезней годы до 30-40 %.

Ряд исследователей отмечают меньшее поражение сахарной свеклы бактериальными болезнями при посеве её по озимой пшенице, по пару по сравнению со звеньями кукуруза на силос - озимая пшеница; озимые-озимые.

Для улучшения санитарного состояния почвы необходимо избегать или ограничивать повторные посевы поражаемых культур, вводить в севооборот чистые пары и пропашные культуры, при возделывании которых быстрее разлагаются растительные остатки предыдущих культур, пораженные патогенными грибами.

Многие учёные считают главной причиной снижения урожайности бессменных посевов наличие в почве токсичных веществ, выделяемых микроорганизмами, корнями самого растения или разлагающимися растительными остатками.

От темпов и уровня разложения растительного корнепада, его качественного состава зависит степень проявления токсичности. Ускорение разложения послеуборочных остатков уменьшает отрицательное действие токсинов на произрастающие культуры.

В опытах кафедры земледелия Ставропольского ГАУ биомасса гороха, горохо-овсяной смеси, люцерны, кукурузы на силос снижала фитотоксичность почвы в сравнении с бессменными посевами озимой пшеницы. У проросших семян кресс-салата, взятых в качестве биотестов, длина корешков при проращивании  их на водной суспензии почвы с бессменных посевов уменьшалась на 23 % по сравнению с контролем (вода) и на 54 % по сравнению с люцерной.

Информация в лекции "1. История Становления ТВ на Западе" поможет Вам.

Ведущая роль в почвоутомлении принадлежит фитотоксинам, продуцируемым микроскопическими грибами и бактериями. Нормально функционирующие культурные растения корневыми выделениями формируют агрономически важные сообщества микроорганизмов и создают вокруг себя ризосферную микрофлору, необходимую для их существования. При повторном возделывании одних и тех же видов растений вследствие смещения природного соотношения между определёнными видами микроорганизмов почва теряет полезные их сообщества и специфический микробный ценоз начинает выполнять другие функции, непосредственно участвуя в почвоутомлении.

В условиях достаточного увлажнения Центрального Предкавказья на выщелоченных черноземах в почве бессменных посевов озимой пшеницы содержалось   наибольшее   количество   микроскопических   грибов  целлюлозоразлагающих   микроорганизмов.   Предшественники   озимой пшеницы: горох, горохо-овсяная смесь, люцерна - обеспечивали увеличение бактериальной микрофлоры. Аммонификаторов по гороху накапливалось на 20 % больше, чем на бессменных посевах, а после люцерны в 3,5 раза.

В севооборотах токсичность почвы снижается, однако при насыщении их зерновыми культурами возрастает содержание фитотоксичных соединений. Пополнение состава негумифицированного органического вещества почвы, смена агроценоза, обусловливающего почвоутомление, способствуют оздоровлению почвы. В ней активизируются биологические процессы, возрастает видовое разнообразие микроорганизмов, уменьшается содержание фитотоксичных форм, снижается её токсичность.

В практике земледелия различных почвенно-климатических зон, в зависимости от степени насыщенности севооборотов различными культурами, на первое место по влиянию на урожайность выступает то один, то другой из рассмотренных выше факторов. В качестве общей закономерности выявлено, что урожайность культур, менее устойчивых к сорнякам, имеющих больше специфических болезней и вредителей, при повторных посевах и частом возвращении на прежнее место снижается сильнее.

Таким образом, севооборот продолжает оставаться важнейшим санитарным фактором защиты агроценозов от вредителей, болезней, сорных растений и почвоутомления.

Свежие статьи
Популярно сейчас