Методические рекомендации По проведения лабораторно практических занятий При изучении дисциплины «Экологические проблемы земледелия»

 

Методические рекомендации По проведения лабораторно практических занятий При изучении дисциплины «Экологические проблемы земледелия»

Для студентов 5-го курса специальности "Агрономия"

Симферополь, 2007

Методические рекомендации разработал

Доценты кафедры общего и орошаемого земледелия

 

Методические рекомендации рассмотрены

И одобрены на заседании кафедры общего и орошаемого земледелия

Протокол № заседания кафедры от_________________

Методические рекомендации обсуждены и утверждены на заседании учебно-методической комиссии факультета технологии производства,

Хранения и переработки продукции растениеводства

Протокол № _____ заседании комиссии от __________________

Ответственный за выпуск – зав. кафедрой общего

 

Содержание

		Стр.
1.	Определение уровня биологизации земледелия по структуре посевных площадей
2.	Разработка структур посевных площадей и севооборотов с бездефицитным балансом гумуса.
3.	Экологическая оценка культур полевых и почвозащитных севооборотов
4.	Характеристика эрозионной опасности территории и различных севооборотов.
5.	Изучение баланса NРК по содержанию этих элементов в растениях, корнях, почве и отчуждаемой продукции.
6.	Аллелопатические и фитосанитарные свойства сельскохозяйственных культур.
7.	Рассчитать потребность в пестицидах и их нагрузку на почву для полевого и почвозащитного севооборота
8.	Проектирование ландшафтного земледелия для оределенной местности (нанесение на карту границ севооборотов и полей).
9.	Разработка экологических мер при возделывании сельскохозяйственных культур в предгорной зоне Крыма.
10.	Разработка экологических мер при возделывании сельскохозяйственных культур в степной зоне Крыма.
11.	Разработка экологических мер при возделывании риса в Крыму.
	Список рекомендуемой литературы…………………………………...
	Приложения……………………………………………………………..

Тема 1. Определение уровня биологизации земледелия по структуре посевных площадей.

Применение интенсивной системы земледелия привело к увеличению урожайности сельскохозяйственных культур на первоначальном этапе ее внедрения. Дальнейшее увеличение доз минеральных удобрений и норм пестицидов не окупается прибавкой в урожае, и начинают проявляться отрицательные явления, такие как - деградация почвы, уменьшение количества гумуса, загрязнение почвы, грунтовых вод водоемов. Поэтому была предложена биологическая модель земледелия.

Биологическое земледелие разрабатывается в разных странах уже на протяжении двух десятилетий. Оно основывается на использовании естественных биологических законов, которые выработала природа. При этом постоянно уменьшаются или полностью исключаются приемы химизации. Основным элементом биологического земледелия является научно-обоснованное соотношение применения органических и минеральных удобрений. При расширенном воспроизводстве почвенного плодородия за счет внесения органических удобрений (табл. 1) улучшаются питательный, водный, воздушный, тепловой и фитосанитарный режимы почвы, тогда отказ от средств химизации не только не снижает урожайность сельскохозяйственных культур, но может ее повысить.

Таблица 1

Рекомендуемые нормы внесения органических удобрений при различных уровней биологизации земледелия для различных зон Украины (суходол).

Зона, подзона	Нормы органических удобре ний, т/га
Для бездифи Цитного баланса гумуса.	Уровни биологизации земледелия.
Экстенси-вный	Нараста-ющий	Интенси-вный	Очень интенсивный
Южная Степь	7	4	4-7	7-14	14
Северная Степь	9	5	5-9	9-18	18
Восточная и Центральная Лесостепь	11	6	6-11	11-22	22
Западная Лесостепь	13	7	7-13	13-26	26
Восточное и Центральное Полесье	15	8	8-15	15-30	30
Западное Полесье	17	9	9-17	17-34	34

Основными приемами биологизации являются: отказ от обработки почвы с оборотом пласта; внесение повышенных норм органических удобрений; оставление в поле побочной продукции (солома, стебли подсолнечника и кукурузы, ботва свеклы и картофеля); применение сидератов и небольших доз минеральных удобрений. Исследованиями В. М. Круть (1995) установлено, что если на 1 т навоза вносится больше 15 кг действующего вещества минеральных удобрений, тогда начинаются или усиливаются дегумификация почв и их агрофизическая деградация. Соотношение органических и минеральных удобрений получило название коэффициент биологизации земледелия. Он находится по формуле:

КБ =	О
М

Где: КБ - коэффициент биологизации земледелия;

О – относительное количество вносимых органических удобрений, т. на 1 га севооборотной площади;

М - относительное суммарное количество вносимых минеральных удобрений (N, Р,К), кг. по д. в. на 1 га севооборотной площади.

При использовании побочной продукции необходимо учитывать, что 1 т соломы и 10 кг. д. в. азота по своему действию на урожай и накопление гумуса примерно равно 5 т навоза.

На свойства почв и уровни урожайности сельскохозяйственных культур влияют не только коэффициенты биологизации, но и уровни биологизации земледелия. В дореволюционной России коэффициенты биологизации были очень высокие, близкие к единице, а урожаи низкие. Это происходило потому, что не вносились минеральные удобрения, а органические вносились в малых дозах. В настоящее время страны Европы вносят до 800 кг/га д. в. минеральных удобрений и до 75 т/га органических удобрений при этом соотношение составляет 1 : 11 т/кг д. в. При характеристике необходимо использовать константы приведенные в таблице 2.

Для оценки структуры посевных площадей необходимо для нее разработать севообороты и системы применения удобрений, а затем рассчитать коэффициент биологизации для каждого севооборота. Среднеарифметическое значение коэффициента будет характеризовать структуру посевных площадей. Для проведения расчетов исходные данные необходимо записать в таблицу 3 и провести вычисления.

Таблица 2

Значение коэффициентов биологизации земледелия при различном соотношении органических и минеральных удобрений и их влияние на свойства почв

Соотношения органических и минеральных удобрений, т/кг д. в.	Коэффициент биологизации земледелия	Характкр воздействия на земледелие	Влияние на свойства почв
1:0 – 1:5	1 – 0,2	Биологическое земледелие	Оптимальная для растений плотность почвы; оптимальные значения почвенных режимов; интенсивное нарастание содержания гумуса
1:5 – 1:8	0,2 – 0,125	Интенсивная биологизация	Оптимальная плотность сложения; близкое к оптимальным значениям почвенных режимов; менее интенсивное нарастание содержания гумуса
1:8 – 1:15	0,125 – 0,067	Биологизация	Близкое к оптимальным значение плотности сложения; в значениях почвенных режимов возможны минимумы; замедленное нарастание содержания гумуса
1:15 – 1:30	0,067 – 0,030	Химизация	Не оптимальное значение плотности сложения, наблюдается слитизация почвы, образуются глыбы; наблюдаются минимумы в значении почвенных режимов; идут процессы дегумификации и декальцинации.
1:30	0,030	Интенсивная химизация	Высокое значение плотности сложения, слитизация, дегумификация, декальцинация; неблагоприятное значение почвенных режимов

Таблица 3

Культуры севооборота	Норма внесения органических удобрений, т/га	Норма внесения минеральных удобрений, кг д. в.	Соотношения органических и минеральных удобрений, т/кг д. в.	Коэффициент биологизации земледелия	Уровень биологизации земледелия
N	Р	К	Всего
1.
2.
На 1 га севоборотной площди

Вывод _____________________________________________________________

Тема 2. Разработка структур посевных площадей и севооборотов с бездефицитным балансом гумуса.

Содержание гумуса является одним из основных показателей плодородия почвы. В природе постоянно идут два процесса, это гумификации – новообразования гумуса из растительных остатков и минерализации – разложения до минеральных химических соединений. Поэтому, если мы хотим сохранить плодородие почвы, нам необходимо что бы баланс гумуса равнялся 0, если же нам необходимо расширенное воспроизводство – тогда необходимо на поле вносить больше органических соединений, чем отчуждаем с урожаем. Таким образом баланс гумуса состоит из дух частей – приходной и расходной.

Приходная статья баланса состоит из поверхностных растительных остатков, корневых остатков и органических удобрений. Количество растительных и корневых остатков зависит от продуктивности культур (Приложение ). Поэтому эмпирическим путем выведены формулы зависимости этих показателей от урожайности, которые приведены в таблице

Таблица

Уравнения регрессии для определения массы растительных остатков по урожайности основной продукции (Г. Я. Чесняк, М. М.Зинченко, 1987)

Культуры	Уравнения регрессии (Х – масса растительных остатков, т/га)
Поверхностных (Х)	Корневых (Х1)
Озимые на зерно	Х = 0,32у + 1,35	Х1 = 0,71у + 1,0
Ячмень, яровая пшеница	Х = 0,29у + 0,68	Х1 = 0,54у + 0,93
Овес	Х = 0,19у + 1,48	Х1 = 0,42у + 0,84
Просо, сорго	Х = 0,50у + 0,74	Х1 = 0,57у + 1,26
Гречиха	Х = 0,28у + 0,85	Х1 = 0,65у + 1,15
Кукуруза на зерно	Х = 0,20у + 0,16	Х1 = 0,83у + 0,72
Горох, вика, соя	Х = 0,20у + 0,45	Х1 = 0,36у + 0,89
Подсолнечник	Х = 0,41у + 0,32	Х1 = 1,16у + 0,49
Сахарная свекла	Х = 0,005у + 0,28	Х1 = 0,06у + 0,57
Кормовая свекла	Х = 0,003у + 0,24	Х1 = 0,05у + 0,52
Кукуруза на силос (силосные)	Х = 0,006у + 0,57	Х1 = 0,1у + 1,35
Многолетние травы на сено	Х = 0,12у + 0,59	Х1 = 1,02у + 0,47
Картофель, бахчевые, овощи, тыква	Х = 0,068у + 0,05	Х1 = 0,07у + 0,80
Озимые на зеленый корм	Х = 0,07у + 0,75	Х1 = 0,07у + 0,89
Однолетние травы на сено (вика-овес)	Х = 0,12у + 0,68	Х1 = 0,5у + 1,33

Примечание: у – урожайность с.-х. культур, т/га.

Суммарное (поверхностных + корневых) количество растительных остатков необходимо перевести в гумус (КНГ – количество новообразованного гумуса), для этого необходимо знать коэффициент гумификации, который зависит от почвенно-климатических условий и растительных остатков.

Коэффициенты гумификации растительных остатков сельскохозяйственных культур для юга Украины представлены в таблице

Таблица

Коэффициенты гумификации растительных остатков и навоза в почве

(Г. Я. Чесняк, М. М.Зинченко, 1987)

Сельскохозяйственные культуры и навоз	Коэффициенты гумификации
Свекла сахарная и кормовая	0,10
Озимая пшеница на зеленый корм	0,13
Картофель, овощи, бахчевые, тыква	0,13
Подсолнечник	0,14
Кукуруза на силос, силосные	0,17
Озимая пшеница на зерно	0,20
Кукуруза на зерно	0,20
Ячмень, овес, яровая пшеница, просо, гречиха, однолетние травы, вика-овес	0,22
Горох, вика, соя	0,23
Многолетние травы	0,25
Навоз (сухое вещество)	0,23

Расходная статья баланса, процесс минерализации, проходит с различной интенсивностью во время вегетации полевых культур и парования поля. Поэтому расчеты проводятся по каждому полю севооборота. Для расчетов применяют показатели минерализации представленные в таблице

Таблица

Среднегодовые величины минерализации гумуса под различными сельскохозяйственными культурами и в паровом поле на черноземе типичном, (Г. Я. Чесняк, М. М.Зинченко, 1987)

Культуры	Величины минерализации гумуса, т/га
Черный пар	2,0
Горох, вика, соя	1,5
Озимая пшеница на зеленый корм	1,24
Кукуруза на силос, силосные	1,47
Ячмень	1,23
Овес	1,20
Однолетние травы, просо, сорго	1,10
Озимая пшеница на зерно	1,35
Сахарная свекла	1,59
Кукуруза на зерно	1,56
Корнеплоды	1,60
Яровая пшеница, гречиха, вика-овес	1,10
Картофель, бахчевые, тыква	1,61
Подсолнечние	1,39
Овощи	1,60
Люцерна, клевер, эспарцет	0,60

Пример: Площадь озимой пшеницы в хозяйстве 400 га, урожайность зерна – 4,5 т/га. Находим количество поверхностных и корневых остатков по формулам уравнения регрессии указанным в таблице

Х = 0,32 х 4,5 + 1,35 = 2,79 т/га.

Х1 = 0,71 х 4,5 + 1,0 = 4,19 т/га.

Всего растительных остатков -2,79 + 4,19 = 6,98 т/га

Количество новообразованного гумуса за период вегетации озимой пшеницы будет составлять. КНГ = 6,98 х 0,20 = 1,39 т/га. КНГ на всем поле после озимой пшеницы будет составлять: 1,39 х 400 = 556 т. За время вегетации под озимой пшеницей будет минерализовано 1,35 т/га гумуса, а на всем поле – 540 т. Баланс гумуса положительный и составляет 16 т на всем поле.

Для более полного представления о балансе гумуса в почвах хозяйства необходимо провести расчеты по каждому севообороту и вне севооборотным (сад, питомник, виноградник и т. д.) участкам. Данные занести в таблицу и сделать выводы. При отрицательном балансе недостаток необходимо компенсировать внесением навоза. Коэффициент гумификации его составляет 0,23, следовательно с 10 т навоза на 1 га (в перерасчете на сухое вещество 2,5 т/га) будет внесено 0,23 х 2,5 = 0,57 т/га гумуса.

Таблица

Баланс гумуса в разных структурах посевных площадей

Культуры	Площадь, Га	Урожай-ность, т/га	Приход	Расход	Баланс
Т/га	На всю площадь	Т/га	На всю площадь	Т/га	На всю площадь
Традиционная
1.
2.
Итого:
Почвозащитная
1.
2.
Итого:

Тема 3. Экологическая оценка культур полевых и почвозащитных севооборотов. Аллелопатические и фитосанитарные свойства сельскохозяйственных культур.

Структура посевных площадей должна обеспечивать научно-обоснованное чередование культур в севообороте, при котором достигается их максимальная продуктивность и улучшается фитосанитарный режим в посевах. Обязательных для выполнения этих условий является допустимый период возврата культуры на прежнее место. Установлено, что этот период для культур следующий – для озимой пшеницы 1-3 года, озимой ржи, озимого ячменя, ярового ячменя, овса, гречихи 1-2, гороха 4-5, вики, сои 3-4, сахарной и кормовой свеклы 4-5, картофеля 1-2, подсолнечника 7-9, льна 5-7, люцерны 4-5, многолетних злаковых трав 3-4 года. Для кукурузы на зерно и силос допускаются повторные посевы на протяжении 2-3 лет. Улучшается фитосанитарная обстановка при введении в севооборот крестоцветных культур, таких как рапс, горчица. В овощных севооборотах не допускается размещение культур два года подряд относящихся к одному семейству, при таком чередовании наблюдается увеличение численности насекомых и растений поврежденных болезнями. Важное биологическое значение в орошаемом севообороте отводится промежуточным посевам, которые являются дополнительным источником органических веществ для почвы, улучшают фитосанитарный режим, защищают почву от эрозии, лучше используется биологический потенциал природных ресурсов.

Таблица

Почвозащитная способность сельскохозяйственных культур в севообороте, %.

Культуры	Крутизна склонов, градусов
3	6	9
Многолетние травы	95	94	84
Озимые зерновые	83	77	70
Стерня озимых зерновых (5-6 см)	51	45	39
Ячмень, овес, просо	50	47	42
Горох	47	43	37
Однолетние травы	47	42	37
Гречиха	39	35	31
Подсолнечник	37	-	-
Кормовые корнеплоды	40	-	-
Кукуруза на силос и зерно	35	-	-

Общий коэффициент эрозионной опасности севооборота определяют по формуле:

КЭР=	К1Р1+ К2Р2+ К3Р3···
Р1+Р2+Р3···

Где: КЭР – коэффициент эрозионной опасности, %; К1,К2,К3 и т. д. – средневзвешенная защита почвы культурой; Р1 ,Р2 ,Р3 и т. д. – площадь, занимаемая данной культурой, га или % общей площади севооборота.

Общий коэффициент эрозионной опасности по культурам в почвозащитном севообороте колеблется от 0015 – 0,25 и не должен превышать 0,30, а в полевых пропашных севооборотах – 0,40 – 0,55.

Таблица

Оптимальная структура посевных площадей в системе контурно-мелиоративного земледелия (КМЗ) для южных областей Украины, %

ЭТГ земли*	Севообороты	Зерновые	Пропашные	Многолетние травы	Ченый пар
Всего	Озим пшеница	Всего	Кукуруза
I	Интенсивные зерно-пропашные	60	40	30	20	-	20
70	30	40	20	-	20
80	30	40	20	-	10
II	Почвозащитные зерно-травяные	40	20	-	-	40-60	-
60	30	-	-	30-40	-
III	Постоянное залужение	-	-	-	-	100	-

*Примечание: ЭТГ - эрозионно-техногенные земли (I – склон до 30, II - склон от 30 до 70 , III –склон свыше 70).

Таблица

Допустимые пределы насыщения отдельными культурами севооборотов Степи и Лесостепи Украины на почвах ЭТГ – 0-30, %

Культуры	Степь	Лесостепь
Южная	Северная	Восточная	Центральная	Западная
Пар	10-20	8-10	5-8	-	-
Зерновые	60-70	50-70	60-70	60-70	-
Из них:
Озимая пшеница	30-40	25-30	25-30	25-30	20-25
Кукуруза	10-15	20-40	20-40	20-40	20-30
Технические	15-20	25-30	20-30	20-30	20-30
Из них:
Сахарная свекла	5-10	10-30	10-20	20-30	20-30
Подсолнечник	10-15	10-15	5-10	5-7	-
Кормовые	20-30	20-30	20-40	20-40	20-50
Из них:
Многолетние травы	8-15	8-15	10-20	10-20	10-30
Пропашные	40-50	40-60	40-60	40-60	40-60

Тема 4. Характеристика эрозионной опасности территории и различных севооборотов.

Основными факторами вызывающими разрушение почвы являются вода и ветер. Поэтому разрушение почвы под воздействием воды получило название водной эрозией, а под влиянием ветра – дефляцией. Водная эрозия чаще всего наблюдается на склонах при неправильной обработке почвы. Если с 1 га за 1 год смывается 25 м3 почвы это среднее значение эрозии, при 75 – сильное и при 100 м3 (или слой почвы толщиной 1 см) – размыв.

Дефляция – это выдувание из верхнего разрыхленного, сухого слоя почвы мелких частиц. При этом ухудшается ее состав, повреждаются растения, уменьшается плодородие почвы. Как правило выдувание почвы происходит при скорости ветра более 15 м/сек, когда верхний слой почвы не имеет растительных остатков. Наличие 200 стернинок на 1 м2 снижает скорость ветра в приземном слое и может защитить ее от выдувания.

При выращивании сельскохозяйственных культур, обработкой почвы разрушается верхний слой, почва остается обнаженной и ее устойчивость против разрушения резко падает. Поэтому при составлении севооборотов необходимо учитывать возможные разрушения почвы, для того чтобы предупредить негативные процессы.

Возможность проявления водной эрозии можно учитывать при помощи оценки структуры посевных площадей или севооборотов через коэффициент водной опасности при возделывании сельскохозяйственных культур (таблица )

Оценка возможности проявления водной эрозии и дефляции

Описать виды водной эрозии и дефляции, причины ее возникновения, факторы, влияющие на развитие эрозионных процессов (рельеф, климат, почвы, растительность, антропогенные причины).

Оценка водноэрозионной и дефляционной опасности проводится по структуре посевных площадей с использованием соответствующих коэффициентов опасности возделывания культур (таблица).

Среднее значение коэффициента эрозионной опасности возделывания сельскохозяйственных культур определяют как среднюю взвешенную арифметическую (умножают площадь каждой из возделываемых культур на соответствующий коэффициент эрозионной опасности, суммируют все и затем делят на общую площадь земли в обработке, слагающуюся из площади возделываемых полевых культур, паров и многолетних насаждений).

Для оценки средневзвешенного коэффициента водноэрозионной опасности используют следующую шкалу: менее 0,40 – низкая; 0,41-0,60 – средняя; более 0,61 – высокая, а для оценки дефляционной опасности: менее 0,30 – низкая; 0,31-,50 – средняя; более 0,51 – высокая.

Проектируют систему противоэрозионных и противодефляционных мероприятий.

№ п. п.	Культура, фон	Коэффициент водноэрозионной опасности	Коэффициент дефляционной опасности
1	Многолетние насаждения	0,01	0,01
2	Многолетние травы	0,08	0,08
3	Озимые зерновые	0,30	0,30
4	Зернобобовые	0,35	0,75
5	Яровые зерновые	0,40	0,70
6	Однолетние травы	0,50	0,75
7	Кукуруза, сорго на зеленый корм и силос	0,60	0,75
8	Картофель, овощи, бахчевые	0,75	0,85
9	Подсолнечник	0,80	0,85
10	Кукуруза, сорго на зерно	0,85	0,85
11	Сахарная, кормовая свекла	0,90	0,95
12	Чистый пар	1,00	1,00

Таблица 19

Сравнительная экологическая эффективность полевого и почвозащитного севооборотов

№ П/п	Показатели	Севообороты
Полевой	Почвозащитный
1.	Коэфициенты опасности:
	Дефляционной
	Эрозионной
2.	Дефицит гумуса, кг/га пашни