Цель исследования – установить влияние глубины вспашки торфянисто-глеевой почвы на водный и температурный режим, урожайность картофеля. Изучение влияния глубины обработки торфянисто-глеевой почвы на водно-тепловой режим и урожайность картофеля проводили в 2014–2016 гг. на низинном болоте Тарманское в лесостепной зоне Северного Зауралья. В результате исследования установлено снижение влагоемкости в 0,2-метровом слое торфянисто-глеевой почвы на 17,2–34,7 %. Этому способствовало обогащение минеральным грунтом при вспашке на глубину 0,27–0,37 м. На глубине 0,2–0,4 м влагоемкость увеличилась на 5,5–13,4 % за счет органического вещества торфа. Глубокая вспашка (0,37 м) обеспечила увеличение запасов влаги в слое 0,5 м с 0,6 НВ на контроле (0,22 м) до верхнего предела оптимума (0,9 НВ). В нижней части почвенного профиля (0,6–1,0 м) запасы влаги не зависели от глубины вспашки. Максимальные изменения температуры почвы установлены на делянках с припахиванием 0,15 м минерального грунта, где она увеличилась в среднем за годы исследования на 0,6–0,7 °С. Самые существенные различия в прогревании почвы отмечены в первую половину вегетации (1,1–1,2 °С). Урожайность картофеля на торфянисто-глеевой почве зависит от глубины вспашки: 0,22 м – 26,69 т; 0,27 м – 29,15 т (9,2 %); 0,32 м – 30,11 (12,8); 0,37 м – 32, 45 т/га (21,6 %). Содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Невский увеличивается по сравнению с контролем при глубине вспашки 0,37 м с 11,3 до 13,4 %.
торфянисто-глеевая почва, вспашка, минеральный грунт, влага, температура, урожайность, картофель
Введение. Возделывание сельскохозяйственных культур и связанное с этим периодическое разрыхление почвы (вспашка, дискование и др.) оказывают существенное влияние на плодородие торфяных почв [1]. При недостаточном осушении торфяных почв основная обработка, независимо от культуры, должна состоять из глубокой отвальной вспашки. При этом отмечаются более благоприятные условия водно-воздушного режима [2]. На торфяных почвах глубокая обработка может сопровождаться негативными процессами, проявляющимися в интенсивной сработке торфяного слоя [3]. Эта проблема особенно актуальна для маломощных и торфянисто-глеевых почв [4]. Температура глубоко вспаханных маломощных торфяных почв в связи с высокой теплопроводностью песка на глубине 0,05 м выше на 2,2–4,7 °С; 0,3 м – на 1,3–5,2 °С, чем в контроле [5]. Мелкозалежные торфяные почвы Мещерской низменности в результате внесения в пахотный слой 400–600 т/га песка прогреваются лучше (температура выше на 0,5–1,5 °С), особенно в первую половину вегетации [6, 7]. При частой глубокой обработке мелкозалежных торфяных почв их органика перемешивается с подстилающей минеральной породой и, не обладая высокой устойчивостью, быстро минерализуется [8]. Мелкая вспашка торфяников позволяет ослабить процесс распада органического вещества [9]. В условиях Западной Сибири, где температурный режим почвы ограничивает урожайность выращиваемых культур, улучшение его путем обогащения пахотного слоя минеральным грунтом приобретает важнейшее значение в повышении плодородия торфяных почв [10, 11]. Увеличение твердой фазы пахотного слоя (0,2 м) почвы за счет перемешивания с 300 т/га песка приводит к снижению водоудерживающей способности почвы в 0,3-метровом слое на 21,3 мм, в более глубоких слоях она осталась без изменений [12].
Цель исследования – установить влияние глубины вспашки торфянисто-глеевой почвы на водный и температурный режимы, урожайность картофеля.
Материал и методы исследований. Исследование по влиянию глубины вспашки торфянисто-глеевой почвы на водно-тепловой режим и урожайность картофеля проводили с 2014 по 2016 г. на опытно-экспериментальной системе Решетниково, являющейся частью Тарманского болотного массива площадью 125,8 тыс. га. Растениями-торфообразователями послужили осоки, тростник, гипнум и др. Плотность сложения торфяного горизонта (0,22 м) – 0,31–0,32 г/см3, твердой фазы – 1,62–1,72 г/см3, наименьшая влагоемкость 0,2-метрового слоя – 120,6 мм, слабощелочная реакция – 7,5, низкая гидролитическая кислотность – 5,5 мг-экв/100 г почвы, высокие емкость поглощения – 142,9 мг-эв/100 г почвы и степень насыщенности основаниями – 96,3 %. Содержание подвижных форм фосфора – 56,1 мг, калия – 15,4 мг/100 г почвы. Минеральные удобрения в опыте не применяли.
Полевой опыт был заложен по схеме: вспашка на глубину 0,22 м (контроль); вспашка с припашкой подстилающего торф грунта 0,05; 0,10; 0,15 м. Варианты обработки расположены в один ярус в четырехкратном повторении. Общая площадь делянки – 90 м2 , учетная – 40 м2. Перед закладкой опыта проведена тщательная зондировка участка (через 5 м) по мощности торфяного слоя. После этого были разбиты варианты опыта. Вспашку проводили плугом ПКБ-75 в агрегате с трактором ДТ-75. Поднятый пласт обрабатывали дисковой бороной БДТ-3,0 в три следа. Предпосадочная обработка почвы включала боронование ЗБЗС-1,0 в четыре следа, предварительную (за 5 дней) нарезку гребней. Картофель сорта Невский высаживали яровизированными клубнями в оптимальные сроки сажалкой СН-4Б с площадью питания 70 × 30 см. Норма посадки – 45 тыс. гнезд на гектар. В течение вегетационного периода проводили две междурядные обработки. Влажность почвы определяли термостатно-весовым способом через каждые 10–15 дней на глубину до 1 м (через каждые 10 см) в шестикратной повторности. Наименьшую влагоемкость определяли путем залива площадок. Пробы отбирали через сутки в центре заливаемых площадок. После взятия образцов на влажность площадки закрывали. В последующие два дня отбор образцов повторяли. Температуру почвы на глубинах 0,05; 0,10 и 0,20 м определяли термометрами Савинова в течение вегетационного периода через сутки в 14 ч местного декретного времени. Урожайность картофеля учитывали вручную по методике ГСУ. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по Б.А. Доспехову (1985).
Результаты и их обсуждение. Исследованием установлено существенное влияние глубины вспашки торфянисто-глеевой почвы на величину наименьшей влагоемкости. В 0,2-метровом слое наименьшая влагоемкость сокращается на 17,2–34,7 % в зависимости от величины припаханного подстилающего торф минерального грунта. На глубине 0,2–0,4 м влагоемкость увеличивается на 5,5–13,4 % за счет обогащения органическим веществом торфа (табл. 1).
Таблица 1
Наименьшая влагоемкость торфянисто-глеевой почвы
в зависимости от глубины вспашки, мм
|
Глубина вспашки, м |
Глубина определения, м |
|||||
|
0–0,1 |
0,1–0,2 |
0,2–0,3 |
0,3–0,4 |
0,4–0,5 |
0,6–1,0 |
|
|
0,22 |
59,4 |
61,2 |
34,6 |
35,7 |
36,7 |
36,6 |
|
0,32 |
47,5 |
52,3 |
36,1 |
38,0 |
36,7 |
38,1 |
|
0,37 |
35,6 |
43,4 |
38,7 |
41,0 |
37,0 |
36,0 |
|
НСР05 |
9,8 |
7,6 |
1,4 |
4,5 |
Не существенно |
|
Проведенные анализы показали высокое содержание в грунте песчаных частиц (табл. 2). Наличие большого количества песчаных частиц существенно повлияло на сложение пахотного слоя при глубокой вспашке, включая влажность.
Таблица 2
Гранулометрический состав подстилающего торф грунта (по Качинскому), %
|
Глубина определения, м |
Фракции, мм |
Сумма частиц |
||||||
|
1–0,25 |
0,25–0,05 |
0,05–0,01 |
0,01–0,05 |
0,005–0,001 |
<0,001 |
0,01<0,011 |
>0,01 |
|
|
0,2–0,4 |
0,49 |
53,42 |
14,73 |
4,41 |
11,89 |
18,15 |
31,4 |
68,61 |
|
0,4–0,6 |
0,50 |
63,17 |
13,25 |
7,94 |
9,46 |
20,42 |
33,54 |
66,47 |
Данные исследования режима влажности свидетельствуют о более высоких запасах доступной растениям влаги, созданных глубокой вспашкой, по сравнению с исходной торфянисто-глеевой почвой. Водоупорные прослойки при вспашке разрыхляются и в почвенном профиле образуются зоны хорошей водопроницаемости. Содержание влаги и характер ее распределения существенно различаются до и после вспашки (табл. 3). Объясняются такие различия изменением в результате глубокой вспашки аккумулирующей способности, водопроницаемости, высоты капиллярного подъема и интенсивности испарения воды из почвы. Преобразование почвенного профиля приводит к своеобразному перераспределению в нем влагозапасов. В новом пахотном слое по сравнению с контролем содержание влаги уменьшается, в подпахотном, наоборот, увеличивается, а суммарные запасы более значительны.
Таблица 3
Запасы влаги в торфянисто-глеевой почве под картофелем
в зависимости от глубины вспашки (среднее по срокам определения), мм
|
Глубина, м |
2014 г. |
2015 г. |
2016 г. |
||||||
|
Глубина вспашки, м |
|||||||||
|
0,22 |
0,37 |
НСР05 |
0,22 |
0,37 |
НСР05 |
0,22 |
0,37 |
НСР05 |
|
|
0–0,1 |
41,1 |
35,6 |
3,1 |
35,1 |
31,9 |
2,8 |
30,4 |
22,1 |
6,0 |
|
0–0,3 |
99,6 |
103,8 |
3,0 |
90,9 |
102,3 |
9,3 |
102,5 |
112,7 |
9,3 |
|
0–0,5 |
162,0 |
164,0 |
1,5 |
151,1 |
162,3 |
10,3 |
170,5 |
181,2 |
7,2 |
|
0,6–1,0 |
168,4 |
168,1 |
6,0 |
185,3 |
181,2 |
8,0 |
185,2 |
187,8 |
5,7 |
При вспашке на глубину 0,22 м запасы влаги под картофелем в слое 0,5 м находились на нижнем пределе оптимума (0,6 НВ) или даже ниже. Глубокая вспашка (0,37 м) обеспечила увеличение запасов влаги в этом слое до верхнего предела оптимума (0,9 НВ). В нижней части (0,6–1,0 м) почвенного профиля запасы влаги не зависели от глубины вспашки и составляли соответственно 0,97–0,99 НВ. Следует отметить большие колебания в запасах влаги как в течение вегетационного периода, так и по годам. Например, максимальные запасы влаги в слое 0,1 м были в первую половину вегетационного периода 2014 г., минимальные – в течение теплого 2016 г., когда дефицит осадков к среднемноголетним значениям достигал практически 50 %.
В течение трех лет нами было изучено влияние припашки подстилающего торф грунта на температуру пахотного слоя торфянисто-глеевой почвы. Анализ полученных результатов показывает, что при возделывании картофеля наибольшие изменения температурного режима произошли на делянках с припахиванием 0,15 м минерального грунта (табл. 4).
Таблица 4
Температура торфянисто-глеевой почвы в течение вегетационного периода
в зависимости от глубины вспашки (среднее за 2014–2016 гг.), °С
|
Месяц |
Декада |
Вспашка 0,22 м |
Вспашка 0,37 м |
||||
|
Глубина определения, м |
|||||||
|
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
||
|
Июнь |
I |
17,6 |
13,3 |
10,6 |
17,9 |
14,0 |
11,7 |
|
II |
17,5 |
14,6 |
11,4 |
19,0 |
15,0 |
12,8 |
|
|
III |
19,0 |
16,1 |
13,9 |
20,8 |
16,8 |
14,9 |
|
|
Июль |
I |
17,8 |
16,5 |
14,9 |
19,6 |
17,3 |
15,7 |
|
II |
19,5 |
17,5 |
16,1 |
19,5 |
17,9 |
16,6 |
|
|
III |
17,6 |
16,6 |
15,2 |
19,2 |
16,8 |
15,8 |
|
|
Август |
I |
16,2 |
15,9 |
14,8 |
16,7 |
15,8 |
15,1 |
|
II |
13,6 |
13,2 |
13,0 |
13,8 |
13,3 |
13,2 |
|
|
III |
14,6 |
13,5 |
12,8 |
14,4 |
13,4 |
13,0 |
|
|
Сентябрь |
I |
10,7 |
10,9 |
10,8 |
10,8 |
10,7 |
11,2 |
|
II |
11,4 |
10,4 |
9,8 |
11,7 |
10,5 |
10,5 |
|
Например, на делянках с картофелем припахивание 0,15 м минерального грунта повысило температуру почвы в среднем за годы исследования на глубине 0,05 м – на 0,7 °С; 0,2 м – на 0,6 °С. Важно подчеркнуть, что самые существенные различия в прогревании почвы отмечены в первую половину вегетации. Так, в июне температура почвы на делянках с припахиванием 0,15 м минерального грунта была выше, чем на контроле, на глубине 0,05 м – на 1,2 °С; 0,2 м – на 1,1 °С. К концу вегетации различия по вариантам обработки практически нивелируются.
Активному прогреванию почвы в начале вегетационного периода способствует открытая поверхность. После смыкания ботвы картофеля уменьшается количество солнечных лучей, падающих на поверхность почвы, в связи с чем преимущество в различии температуры почвы резко сокращается.
Анализ данных указывает на отчетливую зависимость урожайности картофеля от количества припаханного минерального грунта. В среднем за три года при величине припашки 0,05 м прибавка урожайности составила 2,46 т (9,2 %); 0,1 м – 3,42 (12,8); 0,15 м – 5,76 т (21,6 %). Повышение урожайности картофеля получено за счет улучшения водного и теплового режимов почвы (табл. 5).
Таблица 5
Урожайность картофеля на торфянисто-глеевой почве
в зависимости от глубины вспашки, т/га
|
Глубина вспашки, м |
Год |
Среднее за 3 года |
% к контролю |
|||
|
2014 |
2015 |
2016 |
||||
|
0,22 |
28,49 |
27,27 |
24,32 |
26,69 |
– |
|
|
0,27 |
30,46 |
29,12 |
27,86 |
29,15 |
109,2 |
|
|
0,32 |
32,02 |
29,56 |
28,74 |
30,11 |
112,8 |
|
|
0,37 |
34,14 |
32,99 |
30,22 |
32,45 |
121,6 |
|
|
НСР05 |
3,14 |
6,43 |
2,83 |
– |
– |
|
При обогащении торфянисто-глеевой почвы минеральным грунтом у картофеля изменились основные качественные показатели: содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Невский увеличилось с 11,3 до 13,4 %; количество азота возросло с 2,5 до 3,0 %; калия – с 2,7 до 2,8 %.
Заключение
1. Обогащение 0,2-метрового слоя торфянисто-глеевой почвы подстилающим торф минеральным грунтом снижает величину наименьшей влагоемкости на 17,2–34,7 %. На глубине 0,2–0,4 м влагоемкость увеличивается на 5,5–13,4 % за счет органического вещества торфа. Существенное влияние подстилающего торф грунта на величину наименьшей влагоемкости обусловлено высоким содержанием в нем песчаных частиц.
2. Запасы влаги под картофелем в слое 0,5 м при вспашке на глубину 0,22 м находятся на нижнем пределе оптимума (0,6 НВ). Глубокая вспашка (0,37 м) обеспечила увеличение запасов влаги в этом слое до верхнего предела оптимума (0,9 НВ). В нижней части почвенного профиля (0,6–1,0 м) запасы влаги не зависели от глубины вспашки.
3. Максимальные изменения температурного режима установлены на делянках с припахиванием 0,15 м минерального грунта. Здесь температура почвы увеличилась в среднем за годы исследования на 0,6–0,7 °С. Самые существенные различия в прогревании почвы отмечены в первую половину вегетации (1,1–1,2 °С).
4. Урожайность картофеля на торфянисто-глеевой почве значительно зависит от глубины вспашки. В среднем за 3 года при глубине вспашки 0,22 м урожайность картофеля составила 26,69 т/га; 0,27 м – 29,15 (9 %); 0,32 м – 30,11 (13), 0,37 м – 32,45 т/га (22 %). Содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Невский увеличилось по сравнению с контролем при глубине вспашки 0,37 м с 11,3 до 13,4 %.
5. Осушаемые торфянисто-глеевые почвы являются ценным резервом для увеличения производства картофеля при соблюдении научно обоснованной системы основной обработки.
1. Мероприятия по охране торфяных почв сельскохозяйственного назначения / Ю.А. Томин [и др.] // Мелиорация и водное хозяйство. 2016. № 4. С. 36–38.
2. Скоропанов С.Г. Освоение и использование торфяно-болотных почв. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 285 с.
3. Максименко В.П., Волчкова Т.Л., Меньшикова С.А. Направленное формирование плодородия почв в Нечерноземном регионе с учетом истенциальных возможностей возделываемых сельскохозяйственных культур // Мелиорация и водное хозяйство. 2019. № 5. С. 48–53.
4. Исследование способов комплексного регулирования факторов жизни растений на торфяных почвах / Б.С. Маслов [и др.] // Комплексные мелиорации. М.: Колос, 1980. С. 145–162.
5. Белковский В.И. Пути трансформации маломощных торфяников в почвы с минеральным пахотным слоем методом глубокой вспашки. Минск, 1983. 44 с.
6. Мажайский Ю.А., Курчевский С.М. Повышение продуктивности мелкозалежных торфяных почв при внесении минеральных добавок // Агрохимический вестник. 2015. № 1. С. 15–17.
7. Курчевский С.М., Поднебесная Э.И., Виноградов Д.В. Сравнительная оценка пескования и глинования для повышения продуктивности торфяных почв // Агрохимический вестник. 2013. № 2. С. 27–28.
8. Моторин А.С. Влияние обработок на азотный режим и урожайность многолетних трав на торфянисто-глеевой почве Северного Зауралья // Мелиорация и водное хозяйство. 2022. № 4. С. 25–29.
9. Шиповский А.К. Обработка торфяно-болотных почв низинного типа // Земледелие. 1978. № 11. С. 45–49.
10. Старков В.М. Некоторые вопросы теплообеспеченности торфяно-болотных почв Красноярской лесостепи // Повышение эффективности использования мелиорируемых земель в Сибири // Науч. тр. СибНИИГиМ. Красноярск, 1976. С. 35–236.
11. Мукина Л.Р. Теоретические и практические основы создания устойчиво функционирующих агроэкосистем на торфяных почвах Средней Сибири: автореф. дис. …. д-ра с.-х. наук. Красноярск, 2000. 56 с.
12. Моторин А.С., Букин А.В. Водно-физические свойства осушаемых торфяных почв лесостепной зоны Северного Зауралья // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2017. № 5. С. 5–12.
