Россия
Цель исследования – оценить влияние приемов основной обработки паровых полей на режим нитратного азота в агрочерноземе Красноярской лесостепи. Исследования проведены 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). Дана оценка влияния приемов основной обработки паровых полей на режим нитратного азота. 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). Почвенные образцы отбирали в слоях 0–10, 10–20 см. Сроки отбора образцов – июнь, июль и август. В почвенных смешанных образцах, составленных из 10 индивидуальных проб, определяли нитратный азот с помощью ион-селективного электрода. Установлено, что отвальная вспашка и минимальная мелкая обработка паровых полей формируют очень высокую (21 мг/кг) и повышенную (15 мг/кг) обеспеченность нитратным азотом 0–20 см слоя агрочернозема. В условиях нулевой обработки паровых полей уровень обеспеченности нитратным азотом в среднем за период исследования оценивался на среднем уровне (10 мг/кг). Отмечена дифференциация 0–20 см слоя агрочернозема с накоплением нитратного азота в слое 10–20 см в зависимости от приема обработки. Разница между слоями 0–10 и 10–20 см агрочернозема по содержанию N-NO3 на вспашке составила 4 мг/кг, на нулевой обработке – 3 мг/кг.
агрочернозем, отвальная обработка, минимальная обработка, нулевая обработка, чистый пар, нитратный азот
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. Митрофанов Ю.И. Ресурсосберегающая обработка почвы под озимую рожь на осушаемых землях // Земледелие. 2010. № 5. С. 15–16.
2. Кураченко Н.Л., Картавых А.А., Ржевская Н.И. Запасы продуктивной влаги в агроценозах пшеницы, возделываемых по ресурсосберегающим технологиям // Вестник КрасГАУ. 2014. № 5 (92). С. 58–63.
3. Ивченко В.К., Михайлова З.И. Влияние различных приемов обработок почвы и средств интенсификации на продуктивность зерновых культур // Вестник КрасГАУ. 2017. № 4. С. 3–10.
4. Ивченко В.К., Полосина В.А, Штеле А.А. Влияние приемов основной обработки почвы на агрофизические показатели чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи // Вестник КрасГАУ. 2019. № 7. С. 50–58.
5. Едимеичев Ю.Ф., Шпедт А.А. Агроэкологические проблемы земледелия и пути решения в Красноярском крае // Научно-практические аспекты развития АПК: мат-лы нац. науч. конф. Красноярск, 2020. С. 81–85.
6. Картавых В.В., Шпедт А.А. Оценка плодородия пахотных почв по содержанию органического вещества и нитратного азота в условиях Красноярского края // Вестник КрасГАУ. 2014. № 6 (93). С. 64–69.
7. Кайль А.В. Влияние традиционной и минимальной систем обработки почвы на содержание в почве нитратного азота // Вестник КрасГАУ. 2019. № 2 (143). С. 191–198.
8. Кураченко Н.Л., Бопп В.Л. Режим нитратного азота в черноземе при возделывании многолетних трав // Аграрный научный журнал. 2022. № 9. С. 29–33.
9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Альянс, 2014. 351 с.
10. Гамзиков Г.П. Пути рационального использования плодородия почв и удобрений // Агрохимические свойства почв и эффективность удобрений. Новосибирск: Наука, 1989. С. 220–227.
11. Особенности минерализации почвенного азота при минимизации зяблевой обработки выщелоченного чернозема в Западной Сибири / И.Н. Шарков [и др.] // Агрохимия. 2007. № 6. С. 14–21.
12. Морковкин Г.Г., Совриков А.Б., Мальцев М.И. Влияние приемов осенней обработки почвы и погодных условий на формирование пищевого режима черноземов выщелоченных в условиях Высокого Алтайского Приобья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 10 (132). С. 29–34.
13. Кураченко Н.Л., Колесник А.А. Содержание и пространственное распределение подвижных элементов питания агрочерноземов в зависимости от способов основной обработки почвы // Агрохимия. 2020. № 7. С. 11–16.
14. Система защиты растений в ресурсосберегающих технологиях / В.В. Немченко [и др.]. Куртамыш: Куртамышская типография, 2011. 525 с.
