Russian Federation
Russian Federation
The purpose of research is to find the best options for regulating the flow of biogenic elements by improving the technologies for growing crops in field crop rotations, rationalizing soil cultivation methods, fertilizer systems and plant protection. It has been experimentally established that under the conditions of a typical part of the Kansk forest-steppe, the optimization of the fertilizer system contributed to the preservation of soil fertility indicators of leached chernozem, and crop productivity increased. Long-term use of complete fertilizer (N40P20K20) against the background of using a pea-oat mixture as green manure contributed to the preservation of humus, improved the nitrification capacity of the soil (r = 0.76) and determined the increase in phosphorus pentoxide (r = 0.83). The Minin Station, a polygon for agrotechnological research in the zone of the open part of the Krasnoyarsk forest-steppe, showed that soil and water protection technologies carried out on the basis of a differentiated soil preparation scheme on ordinary chernozem significantly reduce soil cover deflation and cause an increase in arable land productivity by 25 %. The yield of wheat is higher when the field is cultivated in autumn with a disker; for barley, direct sowing turned out to be preferable; for oats, autumn plowing. The cost of preparing the soil with a disker was 87.2 % of the cost of plowing, and fuel consumption was 56.7 % lower. With direct sowing (No-till) technology, costs were reduced by 41.4 %, and fuel consumption by 20 % of the cost level with traditional tillage. The Zarechensky station, located on acidic soils in the subtaiga zone, showed that due to fertilizers, the productivity of crop rotation on soddy-podzolic soils increases by 62–84 %, on gray forest soils – by 34–57 %.
long-term hospital, agricultural landscape, agrochemical properties, tillage, crop rotation, fertilizers, culture, productivity
Введение. Основное сельскохозяйственное производство Красноярского края сосредоточено в лесостепных зонах с благоприятной обеспеченностью теплом и влагой. С 2010 г. по урожайности зерновых культур край занимает лидирующее положение в Сибирском федеральном округе. Средняя урожайность зерновых в крае в 2020 г. составила 28,8 ц/га [1]. В силу сложившихся природных различий [2, 3] и материально-технического обеспечения край представляет неоднородную агропроизводственную структуру. В одних хозяйствах урожайность достигает 5,0 т/га, в местах менее благополучных урожайность ограничивается природным потенциалом 1,5 т/га.
В структуре распаханных почв лесостепи черноземы выщелоченные занимают 1053 тыс. га (33,3 %), черноземы обыкновенные – 647 тыс. га (20,5 %), черноземы оподзоленные – 177 тыс. га (5,6 %) [4].
Гидротермические условия определяют повышенную гумусированность, сопровождаемую укороченным гумусовым горизонтом. Характерны также карманистость и языковатость черноземов с высокой степенью распаханности [5]. Около 50 % всех эксплуатируемых черноземов отличаются значительным распространением эродированных и дефлированных участков.
Серые лесные почвы распространены на площади около 600 тыс. га, агродерново-подзолистые занимают 170 тыс. га. Эти почвы составляют основной пахотный фонд подтаежной зоны и наряду с залежными землями представляют резерв Министерства сельского хозяйства для развития как интенсивного, так и биологического земледелия [6, 7].
Цель исследования – поиск оптимальных вариантов регулирования потоков биогенных элементов за счет совершенствования технологий возделывания сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах, рационализации приемов обработки почв, системы удобрений и защиты растений.
Условия, материалы и методы. Земледелие в различных почвенно-климатических зонах обусловливает необходимость разработки конкретных, научно обоснованных адаптивно-ландшафтных технологий [8, 9]. Результаты, представленные в данном исследовании, получены на многолетних стационарах, представляющих различные агроэкологические комплексы земледельческой зоны региона.
Стационар в с. Н. Солянка, организованный в 1969 г., относится к агроландшафтам типичной части Канской лесостепи. Стационар в Минино заложен в 1978 г. на агроландшафте открытой части Красноярской лесостепи. Стационар на базе СПК «Зареченское» находится в Ачинско-Боготольском природном округе, расположен на серой лесной и дерново-подзолистой почвах.
Агроклиматические ресурсы стационаров оценивались по данным Солянской, Мининской и Тюхтетской гидрометеостанций. Среднегодовая температура воздуха колеблется от –1,1 до 0,3 °С, сумма активных температур – от 1550 до 1661 °С, период вегетации – от 95 до 120 дней. Высота снежного покрова превышает 0,5 м, а почва промерзает глубже 1 м.
В подтаежной зоне и типичной части лесостепи преобладает доля нормальных (средних) и увлажненных лет. В открытой части лесостепи преобладают годы с нормальными и засушливыми условиями [10, 11].
Агрохимические свойства почв определяли по современным [12] и общепринятым методикам: Н.А. Качинского [13, 14]; Л.Н. Александровой, О.А. Найденовой [15]; Б.А. Доспехова [16]. Использовались современные и традиционные технические средства (трактор МТЗ-82, плуг ПН-3-35, борона дисковая БДМ-6, сеялка СЗС-2,1, СЗП-3.6, опрыскиватель, комбайн САМПО-500, зерноочистительная машина «Петкус»). Приборы и лабораторное оборудование: плотномер Willi, пенетрометр ручной Eikelkamp 06.01.SA, влагомер зерна, почвенный бур для ручного отбора образцов, бюксы алюминиевые, сушильный шкаф, термометры.
Урожай зерновых приводится к 100 % чистоте и 14 % влажности. Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ Snedecor [17].
Результаты и их обсуждение. Многолетние исследования, проведенные на черноземе выщелоченном Солянского стационара, показали, что наибольшее влияние на продуктивность пашни оказывают азотные удобрения, обеспечивающие увеличение урожайности культур севооборота с 1,9 до 2,5 т зерновых единиц с 1 гектара севооборотной площади. Их влияние на урожайность яровой пшеницы более выражено на непаровых предшественниках, в пахотном слое которых к посеву накапливается до 5 мг/кг нитратного азота. Длительное применение полного удобрения (N40Р20К20) на черноземе выщелоченном за восемь ротаций шестипольного севооборота оказало существенное влияние на агрохимические свойства почвы (табл. 1).
Таблица 1
Изменение потенциального плодородия чернозема выщелоченного
на Солянском стационаре под воздействием минеральных удобрений
|
Показатель, слой 0–20 см |
Исходные данные 1969 г. |
Фоны удобрений1985 г. |
НСР05 |
||
|
Контроль |
NРК |
Орг. уд.+NРК |
|||
|
Гумус, % |
6,98 |
6,94 |
6,72 |
7,26 |
0,3 |
|
Р2О5, мг/100 г |
20,9 |
23,9 |
25,4 |
31,7 |
4,0 |
|
К2О, мг/100 г |
16,9 |
17,4 |
19,4 |
17,8 |
1,7 |
За период наблюдений на вариантах без удобрений (контроль) и при ежегодном внесении NРК на фоне систематического внесения навоза не происходило увеличения содержания гумуса (0,28 % при НСР05 = 0,3). При сравнении текущих результатов анализов почв с исходными наблюдениями видно, что систематическое применение минеральных удобрений обеспечивает достоверное увеличение подвижных форм фосфора и калия. Длительное применение навоза также увеличивало содержание пятиокиси фосфора (r = 0,8), определенное по методам Чирикова и Карпинского-Замятиной, а также улучшало нитрификационную способность почвы (r = 0,76).
Таким образом, систематическое применение минеральных и органических удобрений оказало позитивное влияние на эффективное и потенциальное плодородие чернозема выщелоченного.
В современный период на стационаре в севооборотах пар чистый – пар сидеральный – пшеница – ячмень возделываются современные сорта: пшеница Новосибирская 15 и ячмень Биом. Обработка почвы включала зяблевую вспашку на глубину 20–22 см, ранневесеннее боронование и предпосевную культивацию на глубину 10–12 см. Погодные условия типичной части лесостепи последних 3 лет, по данным метеостанции с. Н. Солянка, отличаются от средних многолетних показателей (табл. 2).
Таблица 2
Погодные условия вегетационного периода (с. Н. Солянка)
|
Период |
Осадки, мм |
Температура воздуха, °С |
||||||
|
Многол. |
2019 г. |
2020 г. |
2021 г. |
Многол. |
2019 г. |
2020 г. |
2021 г. |
|
|
Посев – колошение (50 сут) |
88 |
169 |
229 |
178 |
16,6 |
15,8 |
16,9 |
16,9 |
|
Колошение – уборка (40 сут) |
86 |
111 |
72 |
104 |
15,8 |
17,3 |
17,9 |
17,5 |
|
За вегетацию |
174 |
280 |
301 |
282 |
16,2 |
17,3 |
17,4 |
17,2 |
Влажность почвы к посеву составила: в 2019 г. – 23–28 %; в 2020 г. – 24–32; в 2021 г. – 23–26 %. За первую половину вегетации (посев – колошение) выпадало по годам исследования соответственно 169, 178 и 127 мм осадков при температуре 16,5 °С, на уровне среднего многолетнего показателя. За период колошение – уборка выпало 111 мм, температура воздуха составила 15,0 °С при средней многолетней 13,8 °С. Температура почвы на глубине 10 см составила 17,8 °С. Количество осадков за период вегетации составило 280 мм и температура воздуха 17,3 °С, что выше средних многолетних значений.
За вегетацию выпадало соответственно 280, 282, 175 мм, температура воздуха составила 17,3 °С при среднем многолетнем показателе около 16,2 °С.
Следует отметить, что регулирование обеспеченности растений продуктивной влагой, важнейшим биогенным элементом технологической платформы возделывания культур, основано на том, что при отсутствии осадков в период с 10 июня по 21 июля урожайность резко снижается. В такие годы поступление осадков после 21 июля урожай не спасает.
В таких условиях возникает необходимость регулирования потока биогенных элементов, обеспечивающих питание растений, в частности азота. Регулирование заключается в том, что при наличии нитратов в почве в период посева культур на уровне средней обеспеченности не требуется внесения большого количества минеральных азотных удобрений, вызывающих полегание пшеницы и ячменя.
Реакция сортов на удобрения высокая, это обстоятельство требует дополнительного изучения, особенно в отношении сортов интенсивного типа. Содержание азота в почве находится на одном уровне, а урожайность от внесения удобрений существенно растет (табл. 3). Урожайность пшеницы под влиянием азотных удобрений повышается на 15 %, в паровом поле – до 44 % после горохо-овсяной смеси. Совместное внесение азотных и фосфорных удобрений (N40Р20) также положительно отразилось на величине урожая.
Урожайность пшеницы по пару выросла на 18 %, ячменя – на 59 %, в 2019–2021 гг. урожайность ячменя по фону N40Р20 была выше контроля на 0,8 т/га (30,2 %).
Таблица 3
Влияние нитратного азота на урожайность (2019–2021 гг.)
|
Вариант |
Пшеница |
Ячмень |
||
|
Урожайность, ц/га |
Содержание нитратов, мг/кг |
Урожайность, ц/га |
Содержание нитратов, мг/кг |
|
|
По чистому пару (контр.): |
26,3 |
6,0 |
27,6 |
5,6 |
|
N40 |
31,0 |
6,3 |
36,7 |
5,5 |
|
N80 |
30,7 |
5,7 |
41,8 |
6,0 |
|
N40 +P20 + K20 |
30,1 |
5,4 |
40,9 |
5,5 |
|
По сидеральному пару: |
23,5 |
5,1 |
23,7 |
5,2 |
|
N40 |
27,4 |
5,7 |
36,8 |
5,3 |
|
N80 |
27,5 |
6,1 |
38,8 |
6,3 |
|
N40 +P20 + K20 |
28,5 |
5,8 |
39,2 |
6,0 |
|
НСР05, ц/га |
3,8 |
– |
7,7 |
– |
Уровень урожайности овса, замыкающей культуры севооборота, на контрольном варианте составил 1,9 т/га, внесение N40 повысило урожайность на 42 %, N40Р20 – на 52,6 %. Эффекта от калийных удобрений на фоне азотных и азотно-фосфорных не зафиксировано, что объяснимо уровнем естественного плодородия чернозема.
В целом отмечено преимущество звена с занятым паром над зернопаровым. Без применения удобрений средняя продуктивность культур на черноземе выщелоченном достигала 2,6 т/га зерновых единиц. На неудобренном фоне разница в пользу парового звена составляла 0,6 т/га, на фоне удобрений она увеличилась до 1,1 т/га зерновых единиц.
Уровень урожайности пшеницы обусловлен предшественником и применением минеральных удобрений. Ячмень, размещаемый после пшеницы, второй культурой после пара, по продуктивности выше пшеницы.
Открытая часть Красноярской лесостепи наиболее подвержена интенсивному воздействию комплексной эрозии (рис.). Такая почва особенно нуждается в адаптивно-ландшафтном подходе к разработке и освоению систем земледелия. Наиболее важным элементом такой системы является почвозащитная и влагосберегающая обработка почвы.
Чернозем обыкновенный, водная эрозия парового поля
Эрозия и дефляция постепенно привели к тому, что на значительных площадях заметно снизились агрохимические и агрофизические показатели пахотного горизонта почв. Это послужило главной причиной необходимости перехода на почвозащитные технологии обработки почв, в т. ч. минимальную обработку и прямой посев.
По нашим наблюдениям, минимизация обработки почвы путем зяблевого дискования, а также прямой посев способствуют сохранению доступной влаги в почве к посеву зерновых культур. Так, влажность почвы в слое 0–50 см ко времени посева сельскохозяйственных культур на участках прямого посева составляла 28 %; при обработке дискатором – 26; по вспашке – 23 %. Таким образом, запасы почвенной влаги снижаются при увеличении механической нагрузки, обусловленной различными приемами обработки почв.
Содержание нитратов весной по вспашке – около 5,2–6,4 мг/кг почвы, что соответствует низкому, 2-му классу обеспеченности; при дисковании – 3,4–3,6 и без обработки – на уровне 2,8–3,2 мг/кг почвы (табл. 4).
Таблица 4
Обеспеченность культур нитратным азотом, мг/кг
|
Поле севооборота |
Весна 23.04 |
Лето 11.07 |
Лето 08.08 |
Уборка 21.09 |
Осень 18.10 |
|
Пар |
5,2 |
12,3 |
5,5 |
6,2 |
2,1 |
|
Пшеница |
2,2 |
12,3 |
4,2 |
4,3 |
2,4 |
|
Овес |
2,1 |
15,0 |
5,8 |
6,2 |
2,0 |
Такой уровень содержания нитратов соответствует очень низкой обеспеченности (1-му классу). Низкий уровень обеспеченности отмечался в течение всего вегетационного периода, снижаясь от верхней границы шкалы к нижней. В уборку культур наблюдения показали наличие нитратов по всей метровой толще почвы, в горизонте 80–100 см их содержание составило 3,2 мг/кг.
Обеспеченность подвижным фосфором в течение вегетации культур находилась на повышенном и высоком уровне – 3,5–6,8 мг/100 г. Обеспеченность обменным калием находилась на низком и среднем уровне, составляя 20–23 мг/100 г почвы.
В отличие от нитратного азота обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием выше по минимальным приемам обработки почвы, а к середине вегетации отмечалось повышение содержания по всем вариантам опыта. В нижних горизонтах метрового профиля эти элементы также присутствовали.
Обработка почвы является одним из важнейших элементов адаптивной технологии возделывания культур, позволяющей снизить затраты, которые при использовании дискатора осенью составляют 87,2 % от затрат на вспашку, а расход топлива снижается на 43,3 %. При технологии прямого посева (No-till) затраты снижаются до 41,4 %, а расход топлива на 1 га составляет 20 % от расхода при вспашке. При этом затраты на обслуживание техники при переходе на дискование и прямой посев снижаются с 14,9 до 12,2 ГДж/га.
Энергетическая оценка показала, что наибольший энергетический коэффициент получен на варианте минимальной обработки с применением аммиачной селитры (4,8) и прямого посева без применения минеральных удобрений (4,4). Оценка различных систем обработки почвы позволяет отметить ощутимую энергетическую эффективность ресурсосберегающих технологий и оценить возможности внедрения их в производство с учетом требований культур.
В многолетних опытах установлено, что на плодородных черноземах обыкновенных культуры севооборота по-разному реагировали на способы обработки почвы.
Негативные последствия деградации почв отразились на урожайности сельскохозяйственных культур. Так, если в 1981–1985 гг. ХХ в. урожайность зерновых культур в ОПХ «Минино» составляла 2,8 т/га, то к началу 20-х гг. XXI в. снизилась до 2,3 т/га, а в засушливые годы – до 1,5 т/га (табл. 5).
Таблица 5
Урожайность пшеницы по пару (Минино), т/га
|
Вариант обработки |
1981–1985 гг. |
2019–2021 гг. |
Среднее |
|
|
Зяблевая обработка |
вспашка |
2,8 |
2,3 |
2,6 |
|
дискование |
3,1 |
2,4 |
2,7 |
|
|
Прямой посев |
2,9 |
2,5 |
2,7 |
|
|
НСР05 |
0,1 |
0,1 |
– |
|
Существенная прибавка урожая пшеницы отмечена при зяблевой обработке поля дискатором, для ячменя предпочтительнее оказался прямой посев, для овса – зяблевая вспашка. Вариабельность урожайности пшеницы по пару составляла от 1,8 до 3,1 т/га. За период 2019–2021 гг. применение аммиачной селитры в количестве 1 ц/га повышало урожайность пшеницы на 0,3 т/га.
В целом изменчивость погоды во времени, динамика продуктивной влаги и элементов питания в почве могут служить оценкой производительной способности черноземов обыкновенных Красноярской лесостепи с четко фиксированными параметрами естественного уровня почвенного плодородия.
На нечерноземных почвах под влиянием различных доз и сочетаний минеральных удобрений средняя продуктивность 1 га севооборотной площади с чередованием культур: пар – озимая рожь – ячмень + клевер – клевер 1-го года, клевер 2-го года – лен-долгунец – пшеница – овес, – на агродерново-подзолистых почвах увеличивается на 40–70 %, на агросерых лесных – на 41–58 %.
Внесение полного удобрения в дозе (N30Р30К30) существенно увеличивает продуктивность всех культур исследуемого севооборота, что объясняется ограниченным природным потенциалом исследуемых почв. Удвоение дозы удобрений повышает продуктивность всех культур севооборота, за исключением клевера на агросерой лесной почве. Внесение фосфорных и калийных удобрений в дозах от 30 до 180 кг/га на фоне N30-N90 в восьмипольном севообороте на агродерново-подзолистых и агросерых лесных почвах не повлияло на содержание в них гумуса и кислотность.
Разница с исходным содержанием гумуса несущественна и составила 0,2 % (НСР05 = 0,4), а гидролитическая кислотность – 0,9 мг-экв/100 г почвы (НСР05 = 0,9). Вместе с тем такая доза удобрений обусловила увеличение подвижного фосфора на 2,5 мг, а обменного калия – на 2,0 мг/100 г почвы (табл. 6).
Таблица 6
Агрохимические свойства почв и продуктивность севооборотов
опытных стационаров
|
Гумус, % |
рНсол. |
Нг |
S |
Р2О5 |
К2О |
Продуктивность |
||
|
мг-экв/100 г почвы |
мг/100 г почвы |
т/га зерн. ед. |
||||||
|
без удобр. |
удобрено |
|||||||
|
Чернозем выщелоченный, стационар с. Н. Солянка |
||||||||
|
6,1 |
6,4 |
2,4 |
48,0 |
19,8 |
16,1 |
1,9 |
2,6 |
|
|
Чернозем обыкновенный, стационар с. Минино |
||||||||
|
8,7 |
7,4 |
0,7 |
54,0 |
4,8 |
22,0 |
2,0 |
2,6 |
|
|
Серая лесная почва, стационар СПК Зареченское |
||||||||
|
4,5 |
4,7 |
6,5 |
16,0 |
7,4 |
8,1 |
1,2 |
1,9 |
|
|
Дерново-подзолистая почва, стационар СПК Зареченское |
||||||||
|
2,2 |
4,5 |
4,1 |
9,0 |
2,3 |
6,2 |
1,0 |
1,7 |
|
Из этого следует, что применение минеральных удобрений на агродерново-подзолистых и агросерых лесных почвах оказывает положительное влияние как на эффективное, так и на потенциальное плодородие пахотных земель.
Заключение. В типичной части лесостепи на черноземе выщелоченном азотные удобрения обеспечивают увеличение продуктивности севооборота в среднем на 0,6 т/га. Доказано преимущество зернопропашного звена севооборота по сравнению с зернопаровым, на фоне удобрений урожайность увеличилась на 1,1 т/га зерновых единиц.
Почвоохранные технологии в условиях открытой лесостепи, сокращая дефляцию почвенного покрова, обусловливают повышение продуктивности пашни на 25 %. Затраты на подготовку почвы дискатором составляли 87,2 % от затрат на вспашку, а расход топлива был ниже на 56,7 %. При технологии прямого посева (No-till) затраты снижались на 41,4 %, а расход топлива – на 20 % от уровня при традиционной обработке почвы.
Возделывание второй пшеницы после пара в условиях открытой лесостепи показало эффективность технологии вспашки с применением аммиачной селитры и протравителя семян «Оплот Трио». Такая технология обеспечила рост урожайности в сравнении с прямым посевом на 35 % при росте затрат на 41,4 %. На варианте с минимальной обработкой почвы (дискование) урожайность выросла на 24 %, а затраты – на 18,8 %.
На кислых почвах подтаежной зоны продуктивность зерновых культур за счет удобрений увеличивалась на 80–100 %; клевера – на 50–70; льна-долгунца – на 20–30 %. Общая продуктивность полевого севооборота на агродерново-подзолистых почвах увеличивалась на 62–84 %, на агросерых лесных – на 34–57 %.
1. Agropromyshlennyy kompleks Krasnoyarskogo kraya v 2020 g. Krasnoyarsk, 2021. 242 s.
2. Rudoy N.G. Proizvoditel'naya sposobnost' pochv Prieniseyskoy Sibiri: monografiya / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2010. 200 s.
3. Trubnikov Yu.N. Prirodnye resursy i agroekologicheskiy potencial sel'skohozyaystvennyh kul'tur v Krasnoyarskom krae // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2016. T. 30, № 6. S. 63.
4. Krupkin P.I. Chernozemy Krasnoyarskogo kraya: monografiya / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2002. 332 s.
5. Shpedt A.A., Edimeichev Yu.F., Trubnikov Yu.N. Agroekologicheskie aspekty proektirovaniya adaptivno-landshaftnyh sistem zemledeliya v usloviyah Sredney Sibiri // Dostizheniya nauki i tehniki APK. 2018. T. 32, № 5. S. 5–10.
6. Sistema zemledeliya Krasnoyarskogo kraya na landshaftnoy osnove: nauch.-prakt. rekomendacii / pod red. S.V. Bryleva. Krasnoyarsk, 2015. S. 27–32.
7. Ocenka i tehnologii osvoeniya zalezhnyh zemel' Krasnoyarskogo kraya: nauch.-prakt. rekomendacii / Yu.N. Trubnikov [i dr.]. Izhevsk, 2021. 53 s.
8. Rekomendacii po vozdelyvaniyu pshenicy v Krasnoyarskom krae / N.A. Surin [i dr.]. Krasnoyarsk, 2021. 132 s.
9. Romanov V.N. Tehnologicheskaya platforma vozdelyvaniya yachmenya v Krasnoyarskoy lesostepi // Agritech – v – 2021. IOP Publishing. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 839 (2021) 042017. DOI: 10.1088/ 1755-1315/839/4/042017.
10. Agrometeobyulleteni AMS «Minino» za 2011–2021 gg. Krasnoyarsk, 2022.
11. Internet resurs Krasnoyarsk meteo, 2021 g. URL: http://meteo.krasnoyarsk.ru.
12. Rukovodstvo po provedeniyu registracionnyh ispytaniy agrohimikatov v sel'skom hozyaystve. M., 2018. 217 s.
13. Kachinskiy N.A. Fizika pochv. M.: Vyssh. shk., 1970. 360 s.
14. Agrohimicheskie metody issledovaniya pochv. M.: Nauka, 1975. 656 s.
15. Aleksandrova L.N., Naydenova O.A. Laboratorno-prakticheskie zanyatiya po pochvovedeniyu. L.: Kolos, 1967. 350 s.
16. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta. M.: Agropromizdat, 1985. 352 s.
17. Sorokin O.D. Prikladnaya statistika na komp'yutere. Novosibirsk, 2004. 162 s.
