Russian Federation
The purpose of the study is to evaluate the influence of methods of basic treatment of fallow fields on the regime of nitrate nitrogen in the agrochernozem of the Krasnoyarsk forest-steppe. The studies were conducted in 2013–2015 in a field experiment in the conditions of the Minino station of the Krasnoyarsk Research Institute of Agriculture, located in the Krasnoyarsk forest-steppe. The objects of the study are cryogenic-mycelial thin agrochernozem, medium-loamy, and fallow fields of five-field field crop rotation (fallow – wheat – rapeseed – barley – oats). An assessment is made of the influence of methods of basic treatment of fallow fields on the nitrate nitrogen regime. The study was carried out on three blocks of main soil cultivation: 1 – moldboard cultivation (plowing black fallow PLN-4-35 to a depth of 20–22 cm); 2 – minimal shallow cultivation (autumn disking of black fallow with a Rubin 9600KU cultivator to a depth of 10–12 cm); 3 – zero treatment (chemical fallow). Soil samples were taken in layers of 0–10, 10–20 cm. The sampling periods were June, July and August. In mixed soil samples composed of 10 individual samples, nitrate nitrogen was determined using an ion-selective electrode. It has been established that moldboard plowing and minimal shallow cultivation of fallow fields form a very high (21 mg/kg) and increased (15 mg/kg) supply of nitrate nitrogen to the 0–20 cm layer of agrochernozem. Under conditions of zero tillage of fallow fields, the level of nitrate nitrogen supply on average during the study period was estimated at an average level (10 mg/kg). Differentiation was noted in the 0–20 cm layer of agrochernozem with the accumulation of nitrate nitrogen in the 10–20 cm layer, depending on the treatment method. The difference between the layers of 0–10 and 10–20 cm of agrochernozem in N-NO3 content was 4 mg/kg during plowing and 3 mg/kg during no-tillage.
agrochernozem, dump tillage, minimal tillage, zero tillage, pure fallow, nitrate nitrogen
Введение. Систематические обработки почв, возделывание сельскохозяйственных культур, применение удобрений, средств защиты, эрозионные процессы приводят к существенным изменениям агрохимических свойств. При этом трансформационные процессы, влияющие на плодородие почв, могут иметь как положительную, так и отрицательную направленность.
В современных условиях важным направлением совершенствования зональных технологий возделывания сельскохозяйственных культур должна стать разработка эффективных ресурсосберегающих приемов. В основу рациональных систем обработки должны быть положены принципы разноглубинности, минимизации и ресурсосбережения в зависимости от природно-климатических особенностей регионов, севооборота, засоренности посевов и других условий [1–5]. Кроме снижения экономических затрат целесообразность таких приемов связана прежде всего с накоплением в почве органического вещества и изменением пищевого режима почв. Они определяют направленность биологических процессов и мобилизацию питательных веществ.
В условиях земледельческой части Красноярского края лимитирующим фактором служит содержание нитратного азота в почвах [6–8]. В связи с этим актуальность исследований обусловлена необходимостью получения достоверных сведений о количественном содержании и динамике изменения нитратного азота в условиях отвальной обработки и ресурсосберегающих технологий обработки паровых полей.
Цель исследования – оценить влияние приемов основной обработки паровых полей на режим нитратного азота в агрочерноземе Красноярской лесостепи.
Объекты и методы. Исследование проведено в 2013–2015 гг. в полевом опыте в условиях стационара «Минино» Красноярского научно-исследовательского института сельского хозяйства, расположенного в Красноярской лесостепи. Объекты исследования – агрочернозем криогенно-мицелярный маломощный среднесуглинистый и паровые поля пятипольного полевого севооборота (пар – пшеница – рапс – ячмень – овес). Почва опытного участка в слое 0–20 см характеризовалась высоким содержанием гумуса (7,9–9,6 %), слабощелочной реакцией среды (рНн2о – 7,1–7,8), высокой суммой обменных оснований (40,0–45,2 м-экв/100 г).
Исследование проведено на трех блоках основной обработки почвы: 1 – отвальная обработка (вспашка черного пара ПЛН-4-35 на глубину 20–22 см); 2 – минимальная мелкая обработка (осеннее дискование черного пара культиватором Rubin 9600KU на глубину 10–12 см); 3 – нулевая обработка (химический пар). Технология подготовки черного пара по вспашке и минимальной обработке включала две культивации КТС-4. Химический пар подвергался двухкратному опрыскиванию сорняков гербицидом «Магнум» в дозе 0,01 кг/га против доминирующих широколиственных сорняков.
Размещение вариантов опыта – систематическое, повторность – 3-кратная. Учетная площадь делянки – 100 м2. Повторность отбора образцов и аналитических определений – 3-кратная. Почвенные образцы отбирали в слоях 0–10, 10–20 см. Сроки отбора образцов были приурочены к фазам развития культуры: всходы (июнь), колошение (июль), молочная спелость (август). В почвенных смешанных образцах, составленных из 10 индивидуальных проб, определяли нитратный азот с помощью ион-селективного электрода. Результаты аналитических определений обработаны методами дисперсионного анализа и описательной статистики [9].
Погодные условия вегетационного сезона 2013 г. характеризовались как избыточно увлажненные. Сумма осадков за период июнь-август составила 156 % к норме. Средняя температура воздуха за период наблюдений не превышала 16 °С и соответствовала среднемноголетним данным. Условия вегетационного сезона 2014 г. отличались также избыточным увлажнением в мае-августе (среднее превышение нормы на 30–40 мм) и резким снижением количества осадков в сентябре (16 мм ниже нормы). Весна была холодной, средняя температура мая 7,3 °С, что ниже нормы на 2,7 °С. В остальные месяцы вегетационного периода температура атмосферного воздуха была на уровне среднемноголетнего показателя. Вегетационный сезон 2015 г. по температурному режиму соответствовал среднемноголетним данным. Средняя температура воздуха за период наблюдений составила 15 °С и превышала среднемноголетнее значение на 1 °С. Сумма осадков за период май-сентябрь составила 207 мм, что ниже нормы на 26 мм. Избыточное увлажнение отмечалось только в июньский период (среднее превышение нормы на 27 мм).
Результаты и их обсуждение. Нитраты являются наиболее подвижной формой азота и представляют собой конечный продукт минерализации органического азотсодержащего вещества. Среднее содержание нитратного азота, по данным Г.П. Гамзикова [10], в слое 0–40 см черноземов Западной Сибири составляет 13,2 мг/кг в выщелоченных, 12,7 мг/кг – в обыкновенных, 11,2 мг/кг – в южных. Однако количество нитратного азота в пахотных почвах в течение вегетационного периода сильно варьирует в зависимости от интенсивности процессов нитратообразования, которые, в свою очередь, определяются погодными и агротехническими условиями, биологическими особенностями возделываемых культур. Нитратная форма, в отличие от аммонийной, хорошо отражает перестройку биологической жизни почвы.
Наблюдения за динамикой нитратного азота в агрочерноземе криогенно-мицелярном показали, что в паровых полях складывались благоприятные условия для накопления нитратного азота. Паровое поле, в отличие от занятого сельскохозяйственными культурами, по мнению И.Н. Шаркова с соавторами [11], представляется наиболее подходящим местом в севообороте для сравнительного изучения процессов минерализации почвенного азота по вариантам опыта.
Обследование паровых полей, проведенное в июне месяце 2013 г., показало, что сокращение числа и глубины обработок приводит к снижению содержания нитратного азота в 0–20 см слое почвы. Так, в поле пара, обработанном с осени плугом, в этот период отмечалась очень высокая обеспеченность нитратным азотом (33 мг/кг). На минимальной обработке концентрация нитратного азота характеризовалась повышенной обеспеченностью (13 мг/кг), в поле химического пара – низкой (8 мг/кг). Высокая и очень высокая обеспеченность нитратным азотом сохранялась и в июльский период. Различия в содержании нитратного азота в почве между вариантами обработки нивелировались в августовский период (11–12 мг/кг; Fф < Fт). По мнению И.Н. Шаркова с соавт. [11], причина замедленных темпов накопления нитратного азота на безотвальных фонах обработки почвы в первую половину вегетационного периода может быть обусловлена различиями в температурном режиме почвы при относительном дефиците в ней легкоминерализуемого органического вещества.
Ход сезонной динамики нитратного азота паровых полей в вегетационный сезон 2014 и 2015 гг. имел схожую направленность. Повышенная обеспеченность нитратным азотом паровых полей установлена при обработке почвы плугом (16 мг/кг). На минимальной обработке содержание нитратного азота характеризовалось средней обеспеченностью (9 мг/кг), на нулевой – низкой (8 мг/кг). В динамике нитратонакопления выделяется июльский период с очень высокой обеспеченностью паровых полей (14–33 мг/кг) и отсутствием достоверных различий между вариантами основной обработки почвы в 2014 г. (Fф < Fт).
Определение статистических показателей содержания нитратного азота в агрочерноземе в среднем за вегетационный период показало, что оно определялось способом обработки почвы. Отвальная обработка паровых полей определяла в среднем очень высокую и высокую обеспеченность нитратным азотом 0–20 см слоя агрочернозема (20–21 мг/кг), минимальная – повышенную (14–15 мг/кг), нулевая – низкую и среднюю (8–12 мг/кг) (табл.).
Статистические показатели содержания нитратного азота
в агрочерноземе паровых полей, мг/кг
|
Прием обработки |
Слой почвы, см |
2013 г. (n = 3) |
2014 г. (n = 3) |
2015 г. (n = 3) |
|||
|
X |
Cv, % |
X |
Cv, % |
X |
Cv, % |
||
|
Отвальная |
0–10 |
17,6 |
46 |
17,7 |
50 |
19,4 |
61 |
|
10–20 |
24,1 |
50 |
22,1 |
39 |
20,7 |
48 |
|
|
Минимальная |
0–10 |
14,3 |
33 |
14,3 |
84 |
13,7 |
77 |
|
10–20 |
16,3 |
50 |
13,8 |
85 |
13,9 |
81 |
|
|
Нулевая |
0–10 |
6,9 |
14 |
8,5 |
46 |
9,4 |
45 |
|
10–20 |
8,0 |
38 |
15,2 |
107 |
10,3 |
57 |
|
Снижение обеспеченности нитратным азотом при сокращении глубины обработки почвы связано с наличием пожнивных остатков предшествующей культуры в верхнем слое почвы, замедляющих ее прогревание и способствующих иммобилизации доступного азота микроорганизмам при разложении растительных остатков с широким отношением С:N. По данным Г.Г. Морковкина и др. [12], почва без обработки во влажные годы существенно замедляет нитрификационную активность, что объясняется нарушением водно-воздушного режима из-за уплотнения почвы, относительно высокой влажности и, как следствие, слабой аэрации почв.
Исследованиями показано, что применение отвальной и нулевой обработок паровых полей привело к существенной дифференциации пахотного слоя почвы по содержанию нитратного азота (рис.). Такие способы основной обработки почвы определили преимущественное накопление нитратного азота в агрочерноземе на глубине 10–20 см на 3–4 мг/кг больше по сравнению с поверхностным слоем.
Таким образом, вспашка и минимальная обработки агрочерноземов создают оптимальную бактериальную обстановку и обеспечивают растения нитратным азотом. Н.Л. Кураченко и А.А. Колесник [13] доказано, что перераспределение растительных остатков в пользу верхней части пахотного слоя в условиях минимальной обработки способствовало повышенному содержанию нитратного азота в 0–10 см слое почвы посевов яровой пшеницы. При применении прямого посева пшеницы 25 % объема выборки значений нитратного азота в пространстве имели показатели, приближавшиеся к минимальной величине.
Исследованиями В.В. Немченко с соавторами [14] установлено, что при паровании в слое 0–10 см накопление нитратного азота на фоне безотвального рыхления было на 10 %, на нулевой обработке – на 20 % ниже, чем на вспашке. Установлено, что плоскорезная и нулевая обработки чернозема выщелоченного в первой половине вегетационного периода сдерживают минерализацию почвенного азота. Выравнивание содержания нитратов в слое 0–30 см происходит только к 20–30 июля за счет опережающих темпов минерализации почвенного азота в верхнем слое стерневых фонов. Размещение пожнивных остатков в верхней части пахотного горизонта при мелком и глубоком рыхлении почвы сдерживает прогревание почвы весной, а более плотное сложение уменьшает аэрацию. При этом усиливается деятельность целлюлозолитических микроорганизмов, а процессы нитрификации снижаются.
Содержание нитратного азота в агрочерноземе паровых полей (2013–2015 гг.)
(НСР05 фактор А – обработка = 3,7; фактор Б – слой = 3,0), мг/кг
Заключение. Ход сезонной динамики нитратного азота в почве паровых полей определялся погодными условиями вегетационных сезонов и приемами основной обработки (Сv = 14–107 %). В паровых полях складывались благоприятные условия для нитрификации и накопления нитратного азота. Его содержание в 0–20 см слое агрочернозема на отвальной обработке плугом характеризовалось как очень высокое (21 мг/кг), на минимальной мелкой обработке – повышенное (15 мг/кг), на нулевой – среднее (10 мг/кг). На фоне отвальной и нулевой обработок отмечена существенная дифференциация 0–20 см слоя почвы по содержанию нитратного азота, проявляющаяся в достоверном накоплении нитратного азота в 10–20 см слое агрочернозема.
1. Mitrofanov Yu.I. Resursosberegayuschaya obrabotka pochvy pod ozimuyu rozh' na osushaemyh zemlyah // Zemledelie. 2010. № 5. S. 15–16.
2. Kurachenko N.L., Kartavyh A.A., Rzhevskaya N.I. Zapasy produktivnoy vlagi v agrocenozah pshenicy, vozdelyvaemyh po resursosberegayuschim tehnologiyam // Vestnik KrasGAU. 2014. № 5 (92). S. 58–63.
3. Ivchenko V.K., Mihaylova Z.I. Vliyanie razlichnyh priemov obrabotok pochvy i sredstv intensifikacii na produktivnost' zernovyh kul'tur // Vestnik KrasGAU. 2017. № 4. S. 3–10.
4. Ivchenko V.K., Polosina V.A, Shtele A.A. Vliyanie priemov osnovnoy obrabotki pochvy na agrofizicheskie pokazateli chernozema vyschelochennogo Krasnoyarskoy lesostepi // Vestnik KrasGAU. 2019. № 7. S. 50–58.
5. Edimeichev Yu.F., Shpedt A.A. Agroekologicheskie problemy zemledeliya i puti resheniya v Krasnoyarskom krae // Nauchno-prakticheskie aspekty razvitiya APK: mat-ly nac. nauch. konf. Krasnoyarsk, 2020. S. 81–85.
6. Kartavyh V.V., Shpedt A.A. Ocenka plodorodiya pahotnyh pochv po soderzhaniyu organicheskogo veschestva i nitratnogo azota v usloviyah Krasnoyarskogo kraya // Vestnik KrasGAU. 2014. № 6 (93). S. 64–69.
7. Kayl' A.V. Vliyanie tradicionnoy i minimal'noy sistem obrabotki pochvy na soderzhanie v pochve nitratnogo azota // Vestnik KrasGAU. 2019. № 2 (143). S. 191–198.
8. Kurachenko N.L., Bopp V.L. Rezhim nitratnogo azota v chernozeme pri vozdelyvanii mnogoletnih trav // Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2022. № 9. S. 29–33.
9. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyta (s osnovami statisticheskoy obrabotki rezul'tatov issledovaniy). M.: Al'yans, 2014. 351 s.
10. Gamzikov G.P. Puti racional'nogo ispol'zovaniya plodorodiya pochv i udobreniy // Agrohimicheskie svoystva pochv i effektivnost' udobreniy. Novosibirsk: Nauka, 1989. S. 220–227.
11. Osobennosti mineralizacii pochvennogo azota pri minimizacii zyablevoy obrabotki vyschelochennogo chernozema v Zapadnoy Sibiri / I.N. Sharkov [i dr.] // Agrohimiya. 2007. № 6. S. 14–21.
12. Morkovkin G.G., Sovrikov A.B., Mal'cev M.I. Vliyanie priemov osenney obrabotki pochvy i pogodnyh usloviy na formirovanie pischevogo rezhima chernozemov vyschelochennyh v usloviyah Vysokogo Altayskogo Priob'ya // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. № 10 (132). S. 29–34.
13. Kurachenko N.L., Kolesnik A.A. Soderzhanie i prostranstvennoe raspredelenie podvizhnyh elementov pitaniya agrochernozemov v zavisimosti ot sposobov osnovnoy obrabotki pochvy // Agrohimiya. 2020. № 7. S. 11–16.
14. Sistema zaschity rasteniy v resursosberegayuschih tehnologiyah / V.V. Nemchenko [i dr.]. Kurtamysh: Kurtamyshskaya tipografiya, 2011. 525 s.
