Цель исследования – выявить действие культур травопольного севооборота на физические, агробиологические показатели почв и продуктивность культур в лесостепной зоне РСО – Алания. Задачи: изучить структурно-агрегатный состав почвы; определить объемную массу почвы под культурами севооборота; выявить общую биологическую активность почвы, действие культур севооборота на их урожайность. Объект исследования – культуры травопольного севооборота. Исследования проводились в 2020–2022 гг. в полевом стационарном севообороте СКНИИГПСХ ВНЦ РАН в условиях лесостепной зоны РСО – А. Почва опытного участка представлена черноземами выщелоченными на галечнике, где гумус колеблется от 3,4 до 4,7 %. Опыты закладывались в трехкратной повторности. Площадь опытных делянок – 100 м2, а учетная – 96 м2. Установлено, что в начале вегетационного периода глыбистая фракция под культурами севооборота изменялась от 13,50 до 50,10 %, а почвенные комочки от 0,25 до 10 мм (макроструктура) – от 49,40 до 82,60 %, фракция < 0,25мм – от 1,80 до 8,0 %. Показатель коэффициента структурности варьировал от 2,22 % (кукуруза) до 2,49 % (овес + клевер). Исследованиями доказано, что в черноземах выщелоченных содержится от 45,0 до 66,5 % агрегатов, которые противостоят размывающему действию воды, благодаря чему данные почвы имеют хорошую структуру. За годы исследований на посевах овес + клевер (в среднем 0–30 см слое почвы) плотность почвы была 0,95 г/см3 в начале вегетационного периода, 1,19 г / см3 – в период интенсивного роста, 1,22 г/см3 – в конце вегетации. Эта тенденция проявляется во всех культурах севооборота. В наших исследованиях по сбору кормовых единиц выделилось травяное звено севооборота, где суммарный показатель составил 15,05 т/га, а в пропашном звене севооборота – 13,12 т/га. Наиболее высокие показатели обменной энергии в травопольном звене севооборота получены по озимой пшенице и составили 4,76 ГДж/га, а в пропашном звене – по кукурузе на зерно – 8,13 ГДж/га.
травопольный севооборот, сельскохозяйственные культуры, агрегатный состав, структурность почвы, продуктивность, энергетическая эффективность
Введение. В настоящее время в Республике Северная Осетия – Алания в степной зоне (Моздокский район) ведущее место занимают в основном озимые колосовые и масличные культуры, а в лесостепной зоне – кукуруза и частично картофель. Кукуруза в данной зоне стала монокультурой, т. е. ежегодно высевается на землях сельскохозяйственного назначения, поэтому не удивительно, что почвенное плодородие сильно истощилось [1]. Ведущим вопросом в земледелии предгорной зоны является грамотное чередование сельскохозяйственных культур. В агрономии среди агротехнических приемов севообороты играют первостепенную роль. Культура земледелия с каждым годом повышается [1, 2].
Современная земледельческая наука объясняет севооборот как способ формирования агроэкосистемы для более эффективного использования пашни, улучшения плодородия почвы, получения устойчивых урожаев основных сельскохозяйственных культур, обеспечения потребности хозяйств продукцией растениеводства и т. д.
Севооборот является непременным условием правильного ведения земледелия. Это важнейшее агротехническое и организационно-экономическое средство в хозяйстве [3].
При правильном чередовании сельскохозяйственных культур ежегодно повышается урожайность. Научно обоснованная структура посевных площадей является основой севооборотов. В севооборотах, в которых чередуются пропашные культуры с культурами сплошного сева, уменьшение нитратов связано с потреблением их культурами и разложением их корневой системы [4].
В значительной степени агрофизические свойства почвы составляют ее плодородие. Основным показателем состояния почвы является ее объемная масса, которая влияет на агрофизические, химические и биологические показатели почвы [5, 6].
На получение низких урожаев сельскохозяйственных культур огромное влияние оказывает плотность почвы, нарушение обмена почвенного и атмосферного воздуха, кислородного баланса в почве, что затрудняет дыхание корней. При увеличении плотности почвы урожайность сельскохозяйственных культур снижается из-за недостатка кислорода в почве и избытка углекислого газа, в результате чего снижается активность почвы [7, 8].
Физическое состояние почвы определяется тем, что при благоприятном водно-воздушном режиме усиливается развитие микроорганизмов в почве, которые способствуют усвоению питательных веществ и улучшают условия питания для растений [9, 10].
В связи с этим, актуальной задачей в современном сельскохозяйственном производстве является разработка эффективных, высокопродуктивных севооборотов.
Цель исследования – выявить действие культур травопольного севооборота на физические, агробиологические показатели почв и продуктивность культур в лесостепной зоне РСО – Алания.
Задачи: изучить структурно-агрегатный состав почвы; определить объемную массу почвы под культурами севооборота; выявить общую биологическую активность почвы; выявить действие культур севооборота на их урожайность.
Материалы и методы. Исследования проводились в 2020–2022 гг. в полевом стационарном севообороте СКНИИГПСХ ВНЦ РАН в условиях предгорной зоны Республики Северная Осетия – Алания. Рассматриваемые почвы здесь – выщелоченный чернозем, подстилаемый галечником. Механический состав в верхних горизонтах этих почв – тяжелосуглинистый, иловато-глинистый. Выщелоченные черноземы обладают оптимальными физическими свойствами, хорошей водопрочной структурой, pH – 5,1–5,7, валовых форм азота в почве – 0,25–0,45, фосфора – 0,2–0,3, калия – 1,6–2,3 %, удельная масса гумуса – 2,49–2,53 г/см3. Сумма среднесуточных температур за вегетационный период составляет 3 200 °С.
Схема опыта
- Овес + многолетние травы (клевер луговой).
- Многолетние травы (клевер луговой).
- Озимая пшеница.
- Картофель.
- Кукуруза.
Опыт размещен рендомизированным методом, повторность опыта трехкратная. Общая площадь делянки – 100 м2, учетная – 96 м2.
В ходе вегетационных периодов сельскохозяйственных культур проводились учеты, наблюдения, отбирались растительные и почвенные образцы по общепринятым методикам, изложенным в учебно-методическом руководстве Э.Д. Адиньяева, А.А. Абаева, Н.Л. Адаева [11]; «Методике полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований» Б.А. Доспехова [12]. Общую биологическую активность почвы – по методике Е.Н. Мишустина, А.Н. Петровой, методом разложения льняного полотна, степень распада и убыли сухого веса льняной ткани учитывали через каждые 30 (1-й срок), 60 (2-й срок), 90 (3-й срок) дней. Сбор кормовых единиц определяли расчетным методом, предложенным А.П. Калашниковым и др. (2003 г.), а обменную энергию – используя коэффициенты, предложенные Ж. Аксельсоном.
Для посева и посадки использовали сорта культур, внесенные в Госреестр по Северо-Кавказскому региону: овес – Валдин 765, клевер – Орлик, озимая пшеница – Баграт, картофель – Фарн, кукуруза – Краснодарский 291 АМВ.
Результаты и их обсуждение. В лесостепной зоне изучено действие культур травопольного севооборота на физические, агробиологические показатели почв и на урожайность культур. Основным показателем состояния почвы является ее объемная масса, которая влияет на агрофизические, химические и биологические показатели почвы.
Структура почвы – это способность почвы распадаться на почвенные агрегаты различных размеров.
В начале вегетационного периода глыбистая фракция под культурами севооборота изменялась от 13,50 до 50,10 %, а почвенные комочки от 0,25 до 10 мм (макроструктура) – от 49,40 до 82,60 %, фракция < 0,25мм – от 1,80 до 8,0 %. По кукурузе (в начале вегетационного периода) на долю глыбистой фракции вышло 49,45 %, к концу вегетационного периода этот показатель снизился до 23,91 %; такая же тенденция наблюдалась и у картофеля. Между клевером и озимой пшеницей сложилась иная картина: в начале вегетации глыбистая фракция составила 15,21 и 13,35 %, к концу вегетации она возросла на 23,98 и 28,58 % соответственно. В конце вегетационного периода под культурой озимая пшеница процент пылеватой фракции снизился с 7,96 до 1,05 %, что стало самым низким показателем. Среди культур: овес + клевер и клевер это значение составило 3,52 и 3,76 % в конце вегетации и 6,87 и 2,69 % в начале вегетации. На посадках картофеля доля данной фракции снизилась с 4,30 до 3,89 %. Пылеватая фракция на посевах кукурузы выросла с 1,77 до 5,60 %. Коэффициент структурности варьировал от 2,22 (кукуруза) до 2,49 % (овес + клевер) (рис. 1).
Рис. 1. Коэффициент структурности почвы травопольного севооборота (среднее за 3 года)
На структуру почвы положительное влияние оказали посевы сплошного сева. Исследованиями доказано, что в черноземах выщелоченных содержится от 45,0 до 66,5 % агрегатов, которые противостоят размывающему действию воды, благодаря чему данные почвы имеют хорошую структуру. Плотность почвы была разной по изучаемым культурам. Объемная масса к концу вегетационного периода увеличивалась. Средняя плотность почвы между всеми культурами была оптимальной в течение всего периода исследований. За годы исследований на посевах овес + клевер (в среднем 0–30 см слое почвы) плотность почвы была 0,95 г/см3 в начале вегетационного периода, 1,19 г / см3 – в период интенсивного роста, 1,22 г/см3 – в конце вегетации. Эта тенденция проявляется во всех культурах севооборота.
Было установлено, что доля твердой фазы в период вегетации при посеве озимой пшеницы и кукурузы увеличивается, что объясняется изменением плотности почвы. В начале вегетации общая пористость наблюдается среди культур: овес + клевер (56,4 %), клевер (56,5 %) и картофель (57,7 %), в конце вегетации – клевер (56,0 %) и картофель (58,5 %). На посевах клевера этот показатель в начале весны составил от 41,3 до 41,4 % и от 41,8 до 42,4 % – в предуборочный период. Уровень капиллярной пористости среди этих культур варьировал от 43,7 до 44,9 %, в начале вегетационного периода – от 43,8 до 45,2 %. Выяснилось, что капиллярная пористость с начала весны до середины вегетации увеличивалась, потому что корневая система растений к этому периоду развития уже была сформирована и были проведены междурядные обработки почвы. Капиллярная пористость с глубиной увеличилась, а некапиллярная, наоборот, уменьшалась. В общем изучаемая почва имела оптимальное соотношение фаз.
В наших исследованиях на разложение целлюлозы повлияли влажность, аэрация почвы и комплекс агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур (рис. 2).
Рис. 2. Влияние культур севооборота на биологическую активность почвы (среднее за 3 года)
Доказано, что изучаемая почва по интенсивности разрушения клетчатки относится по оценивающей шкале разложения целлюлозы к слабой.
Наибольшие показатели по разрушению клетчатки наблюдались на 90-й день экспозиции под посадками картофеля и составили 27,0 %, под кукурузой – 26,3 %. Менее интенсивно разложение шло под посевами клевера второго года жизни – 20,2 %.
Для более полной оценки агротехнических приемов возделывания сельскохозяйственных культур необходимы такие показатели, как продуктивность и энергетическая эффективность (табл.).
Урожайность и энергетическая эффективность культур севооборота (среднее за 3 года)
|
Вариант |
Урожайность, т/га |
Сбор кормовых ед., т/га |
Обменная энергия, ГДж/га |
|||
|
2020 |
2021 |
2022 |
Среднее за 3 года |
|||
|
1. Овес с клевером (зеленая масса) |
22,4 |
22,9 |
22,2 |
22,5 |
4,50 |
3,38 |
|
2. Мн. травы (клевер) (зеленая масса) |
27,4 |
27,8 |
27,0 |
27,4 |
5,48 |
4,11 |
|
3. Озимая пшеница (зерно) |
4,1 |
4,4 |
3,5 |
4,0 |
5,07 |
4,76 |
|
4. Картофель (клубни) |
24,0 |
24,4 |
23,0. |
23,8 |
5,94 |
5,47 |
|
5. Кукуруза (зерно) |
6,3 |
6,8 |
5,8 |
6,3 |
7,18 |
8,13 |
|
НСР0,5 |
0,47 |
0,52 |
0,39 |
0,46 |
0,12 |
0,35 |
Климатические условия в исследуемые годы были не одинаковыми. В 2021 г. сложились более благоприятные условия, где получена наибольшая урожайность. В среднем за 3 года урожайность зеленой массы овса с клевером составила 22,5 т/га; клевера 2-го года жизни – 27,4; зерна озимой пшеницы – 4,0; кукурузы – 6,3 и картофеля – 23,8 т/га.
Выявлено, что в посевах кукурузы и картофеля выход кормовых единиц был выше и составил 7,18 и 5,94 т/га, а на посевах овса с клевером сбор кормовых единиц составил 4,28 т/га; клевера – 5,26; озимой пшеницы – 4,97 т/га.
В наших исследованиях по сбору кормовых единиц выделилось травяное звено севооборота, где суммарный показатель составил 15,05 т/га, а в пропашном звене севооборота – 13,12 т/га.
Наиболее высокие показатели обменной энергии в травопольном звене севооборота получены по озимой пшенице и составили 4,76 ГДж/га, а в пропашном звене – по кукурузе на зерно – 8,13 ГДж/га.
Заключение. Установлено, что в изучаемом севообороте многолетние травы и озимая пшеница (так как имеют более мощную корневую систему, с более продолжительным вегетационным периодом) положительно влияют на структуру почвы, а пропашные культуры (кукуруза, картофель) заметно им уступают.
Доказано, что в начале вегетационного периода глыбистая фракция под культурами севооборота изменялась от 13,50 до 50,10 %, а почвенные комочки от 0,25 до 10 мм (макроструктура) – от 49,40 до 82,60 %, фракция < 0,25 мм – от 1,80 до 8,0 %. Показатель коэффициента структурности варьировал от 2,22 (кукуруза) до 2,49 % (овес + клевер). Исследованиями доказано, что в черноземах выщелоченных содержится от 45,0 до 66,5 % агрегатов, которые противостоят размывающему действию воды, благодаря чему данные почвы имеют хорошую структуру. За годы исследований на посевах овес + клевер (в среднем 0–30 см слое почвы) плотность почвы была 0,95 г/см3 в начале вегетационного периода, 1,19 г/см3 – в период интенсивного роста, 1,22 г/см3 – в конце вегетации. Эта тенденция проявляется во всех культурах севооборота.
В наших исследованиях по сбору кормовых единиц выделилось травяное звено севооборота, где суммарный показатель составил 15,05 т/га, а в пропашном звене севооборота – 13,12 т/га.
Наиболее высокие показатели обменной энергии в травопольном звене севооборота получены по озимой пшенице и составили 4,76 ГДж/га, а в пропашном звене – по кукурузе на зерно – 8,13 ГДж/га.
1. Мамиев Д.М., Кумсиев Э.И., Шалыгина А.А. Структура севооборотов для горной зоны РСО – Алания в адаптивно-ландшафтном земледелии // Научная жизнь. 2014. № 6. С. 72–76.
2. Савенков В.П. Зависимость продуктивности и экономической эффективности плодосменного севооборота от различных систем основной обработки почвы // Вестник КрасГАУ. 2023. № 1. С. 3–8. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-1-3.
3. Чибис В.В. Особенности формирования полевых севооборотов для органического земледелия в условиях лесостепи Западной Сибири // Вестник КрасГАУ. 2022. № 5. С. 51–57.
4. Чебочаков Е.Я., Муртаев В.Н. Эффективность почвозащитной системы земледелия в условиях освоения залежных земель в Приенисейской Сибири // Вестник КрасГАУ. 2020. № 4. С. 66–73.
5. Юшкевич Л.В., Чибис В.В. Особенности формирования полевых севооборотов в условиях лесостепи Западной Сибири // Вестник КрасГАУ. 2021. № 9 (174). С. 35–43.
6. Дмитриев Н.Н. Агроэкономическая эффективность плодосменных севооборотов с сидерацией и фитомелиорацией // Вестник ИрГСХА. 2020. № 101. С. 14–22.
7. Боинчан Б.П. Эффективность севооборотов и бессменных посевов в Республике Молдова // Плодородие. 2022. № 1 (124). С. 32–38.
8. Колмыков А.В. Севообороты как организационно-территориальная основа повышения эффективности использования земель // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 3. С. 116–121.
9. Воспроизводство плодородия почв, продуктивность и энергетическая эффективность севооборотов / А.П. Карабутов [и др.] // Земледелие. 2019. № 2. С. 3–8.
10. Эффективность севооборотов в адаптивно-ландшафтных системах земледелия на почвах Владимирского ополья / И.Ю. Винокуров [и др.] // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32, № 10. С. 54–56.
11. Адиньяев Э.Д., Абаев А.А., Адаев Н.Л. Учебно-методическое руководство по проведению исследований в агрономии. Владикавказ, 2013. 649 с.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. М.: Книга по Требованию, 2013. 349 с.
