Россия
Цель исследований – комплексная оценка изменения плодородия чернозема выщелоченного на фоне прямого посева сельскохозяйственных культур. В задачи исследований входила оценка агрохимических и агрофизических показателей плодородия почвы при длительном использовании прямого посева. Опыт заложен на опытном поле ФГБНУ «Челябинский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» в четырехкратной повторности на двух фонах минерального питания (с минеральным удобрением и без внесения). Площадь элементарной делянки 154 м2. Учетная площадь 64,4 м2 (2,3 м × 28 м). Исследование проводили в зернопаровом севообороте с чередованием культур пар – озимая рожь – горох+овес – пшеница. В третьей декаде мая обрабатывали делянки гербицидом сплошного действия (глифосат) и через 7 дней высевали яровые зерновые культуры. В период вегетации посевы обрабатывали от сорной растительности рекомендуемыми селективными препаратами (Балерина, Ластик-экстра на пшенице, Гербитокс на горохе). Агрохимические свойства почвы определяли по методикам: гумус и азот общий по Тюрину, фосфор общий по Ле Ван Тиему, фосфор подвижный и калий обменный по Чирикову и рН потенциометрически в солевой вытяжке. Для агрофизической оценки использовали классификацию, предложенную Н.И. Саввиновым (1951). За время исследований изменения содержания гумуса произошли в пределах градации для черноземных почв – среднегумусированные от 5 до 7 %. В реакции почвенного раствора существенных изменений не произошло, она являлась слабокислой, как до применения прямого посева, так и через семь лет. Изменения рН на фоне без минеральных удобрений с 5,37 до 5,47, с удобрениями с 5,08 до 5,22. Содержание обменного калия, подвижного и валового фосфора увеличилось на фонах с удобрением и без удобрений. Структурно-агрегатное состояние почвы, содержание водопрочных агрегатов и коэффициент структурности оцениваются как хорошие.
прямой посев, плодородие почвы, структурное состояние почвы, зернопаровой севооборот, чернозем выщелоченный.
Введение. Черноземы выщелоченные[д1] Южного Зауралья обладают благоприятными агрохимическими и агрофизическими показателями плодородия почвы для возделывания большинства полевых культур. Увеличение в последнее время в сельскохозяйственном производстве антропогенных нагрузок на почву и дисбаланс органического вещества приводят к снижению естественного и эффективного плодородия [1] [д2] (что связано с механической обработкой почвы и отчуждением с поля органической части в виде пожнивных растительных остатков) и оказывают значительное влияние на снижение показателей плодородия.
В настоящее время при возделывании зерновых культур первостепенное значение имеют ресурсосберегающие технологии. Поэтому решение одной из важнейших задач в развитии агропромышленного производства России является освоение технологий обработки почвы на основе ее минимизации. В Челябинской области в сельскохозяйственном производстве по ресурсосберегающим технологиям обрабатывается 30 % почвы, в том числе применение прямого посева составляет более 5 %, минимальной обработки – 19 %, Основные задачи, которые решаются посредством механической обработки почвы, это придание почве необходимых показателей структурности, которые создают благоприятные водно-воздушный, тепловой, окислительно-восстановительный режимы. Хорошая аэрация и наличие доступной влаги способствуют созданию лучших условий для активации микробиологических процессов, мобилизации питательных веществ. Основанием для необходимости проведения механической обработки и ее глубины являются различия между оптимальными и реальными показателями элементов плодородия почвы. Если они совпадают с оптимальными показателями для возделываемой культуры, то в данных условиях механическую обработку почвы проводить не обязательно.
Современные тенденции совершенствования систем обработки почвы некоторые исследователи связывают с применением в растениеводстве нулевой обработки (прямой посев) [2].[д3]
В связи с вышеуказанным необходимо проведение контроля над возможными негативными процессами и путями восстановления показателей плодородия почвы путем постоянных наблюдений за агрохимическими и агрофизическими свойствами почвы в различных технологиях обработки почвы, включая прямой посев. Это позволит разносторонне оценить и наметить пути для оптимизации почвенных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур.
Цель исследования. Комплексная оценка плодородия чернозема выщелоченного на фоне систематического прямого посева зерновых культур в зернопаровом севообороте в условиях северного лесостепного агроландшафта Южного Зауралья.
Задачи исследования: определить состояние плодородия чернозема выщелоченного по оценке агрохимических и агрофизических показателей на фоне применения прямого посева в системе зернопарового севооборота.
Материалы, объекты и методы исследования. Полевые эксперименты проведены в 2014–2020 гг. на опытном поле ФГБНУ «Челябинский НИИСХ», расположенном в северном лесостепном агроландшафте Южного Зауралья. Объект[д4] исследований: чернозем выщелоченный в системе зернопарового севооборота с чередованием пар – озимая рожь – горох+овес – пшеница на фоне систематического прямого посева [д5] зерновых культур при различных уровнях минерального питания: без удобрений и с внесением азотных минеральных удобрений (N30 – весенняя подкормка озимой ржи, N10 – в посеве горох+овес, N30 – в посеве яровой пшеницы). [д6]
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный маломощный тяжелосуглинистый. Площадь элементарной делянки 154 м2. Учетная площадь 64,4 м2 (2,3 м × 28 м). Повторность в опыте четырехкратная, делянки ориентированы с севера на юг, расположены в четыре яруса, рендомизация ограниченная. На агрохимические показатели плодородия чернозема выщелоченного исходные образцы почвы в 2013 г. отбирались под яровой пшеницей по слоям 0–10, 10–20 и 20–30 см и в 2020 г. по истечении ротации
4-польного зернопарового севооборота на агрофизические показатели по слоям 0–10, 10–20 и 20–30 см.
В опыте применялся систематический прямой посев зерновых культур, при котором механические способы обработки почвы не проводились. Чистый пар – химический, с внесением глифосата в рекомендуемой норме. Азотное удобрение (аммиачная селитра) вносили перед посевом дифференцированно под культуры в зависимости от технологии возделывания и размещения их в севообороте. Весной за 7 дней до посева сельскохозяйственной культуры, при наличии сорняков и проросшей падалицы, проводилось опрыскивание гербицидом сплошного действия (глифосатом). Посев сельскохозяйственных культур осуществляли стерневой сеялкой СС-6 в третьей декаде мая. Посевы в период кущения зерновых культур обрабатывали селективными гербицидами – на пшенице «Балерина» в дозе 0,5 л/га + «Ластик-экстра» в дозе 1,0 л/га, на горохе – «Гербитокс» в дозе 0,8 л/га. Защиту сельскохозяйственных культур от болезней проводили при превышении порога вредоносности препаратом «Колосаль Про» в дозе 0,3–0,4 л/га. Учет урожая – прямым комбайнированием Sampo-500. Погодные условия вегетационного периода в годы исследования были контрастными и характеризовались: 2014 и 2018 гг. – как влажные с ГТК – 1,5 и 1,4; 2015 г. – избыточно влажный с ГТК – 1,7; 2016, 2017 и 2019 гг. – недостаточно влажные с ГТК – 1,05, 1,08 и 1,2; 2020 г. – экстремально сухой с ГТК – 0,3 до третей декады июля, с избытком осадков в августе и сентябре с ГТК – 2,6.
Результаты исследования и их обсуждение. Определение показателей плодородия чернозема выщелоченного позволит охарактеризовать состояние почвы и дать научное обоснование прямого посева.
В результате анализа почвенных образцов нами установлены изменения основных агрохимических показателей плодородия чернозема выщелоченного, которые представлены в таблице 1.[д7]
Таблица 1
Изменения агрохимических показателей плодородия чернозема выщелоченного
на фоне прямого посева в зависимости от фона минерального питания
|
Показатель |
Фон минерального питания |
Год |
|
|
2013* |
2017 |
||
|
pHKCI |
0 |
5,37 |
5,47 |
|
N |
5,08 |
5,22 |
|
|
Азот общий, % |
0 |
0,318 |
0,350 |
|
N |
0,330 |
0,355 |
|
|
Гумус, % |
0 |
5,70 |
6,48 |
|
N |
6,06 |
6,64 |
|
|
Р2О5 по Чирикову, мг/ кг |
0 |
118,3 |
121,6 |
|
N |
107,7 |
120,2 |
|
|
Фосфор валовой, мг/кг |
0 |
1539,3 |
1817,1 |
|
N |
1545,6 |
1782,0 |
|
|
Обменный калий, мг/кг |
0 |
104,6 |
121,6 |
|
N |
105,0 |
120,2 |
|
*По данным Л.П. Шаталиной.
Содержание органического вещества в почве служит основным показателем оценки почвенного плодородия. Между запасами гумуса в почве и другими показателями плодородия существует тесная корреляционная зависимость: агрохимического – 0,56–0,97, физического – 0,52–0,97 [3].
В наших наблюдениях (2014–2017 гг.) за время применения прямого посева в системе 4-польного зернопарового севооборота существенных изменений содержания гумуса почвы не зафиксировано (фон без удобрений, НСР 05 = 0,895, фон с удобрением, НСР 05 = 1,285). Отказ от механической обработки почвы, соблюдение севооборота и оставление пожнивно-корневых и растительных остатков способствовали стабилизации содержания гумуса. Почва по содержанию гумуса характеризуется как среднегумусированная.[д8]
Кислотность почвы (pHKCI) осталась в категории слабокислых почв. Показатель изменялся на фоне без минеральных удобрений с 5,37 до 5,47, а на фоне с удобрением с 5,08 до 5,22. Таким образом, систематическое применение азотных удобрений сопровождается подкислением почвы, в среднем по вариантам опыта на 0,14 единиц по сравнению с 2013 г.
Снижение содержания агрохимических показателей, таких как азот общий, подвижный фосфор, фосфор валовой и обменный калий, не наблюдалось. Отмечена тенденция повышения содержания доступных форм фосфора и калия. По мнению некоторых исследователей, это происходит при оставлении всей незерновой части сельскохозяйственных культур в поле, выделении в процессе разложения остатков органических кислот, повышающих подвижность элементов [4, 5].
Для более объективной оценки плодородия почвы необходимо определить параметры ее агрофизических свойств, что позволит наметить пути улучшения условий для роста и развития культур в севообороте. Именно со структурностью почвы связаны основные ее агрофизические и технологические свойства. В соответствии с классификацией Н.И. Саввинова [6] по оценке структуры почвы, к агрономически ценным относят агрегаты размером от 0,25 до 10 мм. Анализ структурно-агрегатного состояния чернозема выщелоченного в результате применения систематического прямого посева зерновых культур в зависимости от фона минерального питания представлен в таблице 2.
Таблица 2
Структурно-агрегатное состояние чернозема выщелоченного при прямом посеве зерновых культур в зависимости от фона минерального питания, сухое просеивание (20.06.2020 г.)
|
Вариант |
Слой, см |
Размеры агрегатов, мм |
Кстр.* |
|||||||
|
>10 |
10–7 |
7–5 |
5–3 |
3–1 |
1–0,25 |
< 0,25 |
10–0,25 |
|||
|
Прямой посев (без удобрения) |
0–10 |
36,3 |
9,9 |
7,2 |
9,4 |
22,9 |
13,9 |
0,4 |
63,3 |
1,72 |
|
10–20 |
50,8 |
11,0 |
8,3 |
9,3 |
14,7 |
5,2 |
0,7 |
48,5 |
0,94 |
|
|
20–30 |
45,1 |
12,8 |
8,7 |
10,6 |
15,3 |
6,7 |
0,8 |
54,1 |
1,18 |
|
|
Прямой посев (с удобрением) |
0–10 |
43,4 |
8,8 |
6,8 |
8,4 |
17,6 |
6,2 |
8,8 |
47,8 |
0,92 |
|
10–20 |
45,0 |
11,5 |
8,2 |
9,6 |
15,8 |
5,4 |
4,4 |
50,5 |
1,02 |
|
|
20–30 |
47,3 |
12,5 |
9 |
11 |
15,3 |
4,8 |
0,1 |
52,6 |
1,11 |
|
* Кстр. – коэффициент структурности.
При использовании прямого посева на фоне без удобрений формировалось низкое содержание мелкоглыбистой части [д9] агрегатов >10 мм в слое почвы 0–10 см и высокий процент агрономически ценных агрегатов размером от 3 до 0,25 мм. На варианте прямого посева при внесении удобрений с увеличением глубины росло количество макроструктуры размером 10–0,25 мм за счет снижения распыленной части почвы. По всей видимости, это связано с лучшими условиями питания для растений на этом варианте и соответственно более развитой корневой системой зерновых культур.
Анализом структурно-агрегатного состояния почвы на фоне прямого посева установлено хорошее состояние чернозема выщелоченного согласно качественной оценке. При применении прямого посева коэффициент структурности почвы характеризуется в среднем как хороший, с показателями от 1,01 до 1,28. [д10]
Важной характеристикой структурности почвы является ее водопрочность, то есть способность противостоять размыванию агрегатов водой. Исследованиями отечественных ученых установлено, что пахотный слой чернозема обладает устойчивым сложением, если содержит не менее 40–50 % водопрочных агрегатов размером больше 0,25 мм. При снижении их содержания почва склонна к уплотнению с ухудшением воздухо- и водопроницаемости [2, 7].
По нашим данным, количество водопрочных агрегатов в зависимости от фона минерального питания при систематическом прямом посеве в среднем изменялось в интервале 50,1–50,7 %, что является положительным фактором (табл. 3).
Таблица 3
Структурно-агрегатное состояние чернозема выщелоченного при прямом посеве зерновых культур в зависимости от фона минерального питания, мокрое просеивание (20.06.2020 г.)
|
Вариант |
Глубина, см |
Размеры агрегатов, мм |
|||
|
> 3 |
3–1 |
1–0,25 |
> 0,25 |
||
|
Прямой посев (без удобрения) |
0–10 |
– |
2,4 |
45,7 |
48,0 |
|
10–20 |
0,8 |
3,4 |
46,3 |
50,5 |
|
|
20–30 |
– |
2,2 |
49,5 |
51,8 |
|
|
Прямой посев (с удобрением) |
0–10 |
1,6 |
13,8 |
40,0 |
46,8 |
|
10–20 |
0,2 |
3,6 |
48,6 |
52,4 |
|
|
20–30 |
0,2 |
3,8 |
48,9 |
53,0 |
|
Незначительно меньшее количество водопрочных агрегатов > 0,25 мм отмечено на варианте без применения в севообороте минеральных удобрений. В частности, таких агрегатов было меньше в самом верхнем 0–10 см слое почвы. Количество водопрочных агрегатов > 0,25 мм на вариантах опыта увеличивалось с глубиной.
Согласно системе оценки водопрочности агрегатов почвы, предложенной И.В. Кузнецовой (1979), их содержание оценивается как хорошее, а сложение по структуре устойчивое. При прямом посеве на фоне с минеральным удобрением содержание водопрочных агрегатов размером 1–3 мм было больше, чем на варианте прямым посевом на фоне без удобрений, что также связано с более развитой корневой системой культурных растений при лучшей обеспеченности минеральным питанием и их структурообразующей способностью.
По мнению ученых[д11] , в результате проводимых опытов в России черноземные почвы с содержанием водопрочных агрегатов 40–60 % являются пригодными для применения минимальных и нулевых обработок, так как они имеют устойчивое и оптимальное сложение для сельскохозяйственных культур [2, 7].
Выводы. Комплексная оценка состояния чернозема выщелоченного северного лесостепного агроландшафта Южного Зауралья показывает создание благоприятных условий в системе прямого посева зернопарового севооборота, а именно:[д12]
1) агрохимические показатели по кислотности почвы, содержанию азота общего, фосфора валового, подвижного фосфора и обменного калия изменения не имеют и соответствуют оптимальным параметрам.
2) агрофизические свойства по структурно-агрегатному состоянию почвы и коэффициенту структурности оцениваются как хорошие, а сложение по структуре почвы устойчивое.
[д1]Лучше написать черноземы выщелоченные
[д2]редакция
[д3]редакция
[д4]объекты ?
[д5]прямой посев не может быть объектом.
[д6]Как это понять?
[д7]Предложение требует корректировки. Что означает «содержание агрохимических показателей»?
[д8]??????
[д9]Агрегаты > 10 мм не относятся к комковатым отдельностям.
[д10]Редакция
[д11]Ссылка на одного автора
[д12]редакция
1. Кушниренко Ю.Д., Брагин В.Н., Юмашев Х.С. Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения // Проблемы аграрного сектора Южного Урала и пути их решения: сб. науч. тр. / под ред. В.А. Липпа. Челябинск: ЧГАУ, 2008. Вып. 8. С. 224–231.
2. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. М.: КолосС, 2010. 687 с.
3. Глухих М.А., Собянин В.Б., Собянина О.Б. Плодородие черноземов Зауралья и его динамика: монография / под ред. М.А. Глухих. Челябинск: ЧГАА, 2010. 300 с.
4. Кружков Н.К. Совершенствование систем земледелия в Центральной лесостепи на основе активизации биологических факторов: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Орел, 2007. 45 с.
5. Матюк Н.С., Полин В.Д., Абрашкина Е.Д. Роль растительных остатков культур зернопропашного севооборота в регулировании плодородия дерново-подзолистых почв // Известия ТСХА. 2007. № 2. С. 3–11.
6. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследований физических свойств почв и грунтов. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
7. Казаков Г.И. Агрофизические показатели плодородия почвы как научные основы ее обработки // Ресурсосберегающие системы обработки почвы / под ред. И.П. Макарова. М.: Агропромиздат, 1990. С. 32–38.
