Удк 631.582: 631.452
Сохранение плодородия темно-серой почвы при
использовании биологических факторов
в севооборотах
, ,
Аннотация: В 2011-2015 гг. на темно-серой почве изучена эффективность полевых севооборотов с использованием приемов биологизации. Исследования проведены в пятипольных севооборотах на трех фонах питания: естественный (без удобрений), минеральный и органоминеральный. Применение сидератов и соломы в сочетании с минеральными удобрениями способствовало снижению плотности почвы в пахотном слое на 0,02-0,07 г/см3, повышению биологической активности на 9,4-13,6 % и увеличению запасов минерального азота в период всходов на 3,7-10,1 мг/кг почвы по отношению к варианту без удобрений. Поступление легкоусвояемых элементов питания с сидератами позволяет поддерживать высокую продуктивность зерновых культур в севообороте, даже без многолетних трав. В зернопаросидеральном севообороте (без клевера) средняя урожайность яровых зерновых на удобренных фонах составила 3,21-3,33 т, а в зернотравяных – на уровне 3,07-3,46 т/га. Среднегодовое поступление сухой массы пожнивно-корневых остатков в почву в пределах 3,5-5,0 т/га обеспечило компенсацию дефицита гумуса на уровне 60-95 %, наибольший процент достигнут в зернотравяных севооборотах, минимальное – в зернопаротравяном севообороте с чистым паром. Суммарное поступление сухой растительной массы с остатками и запашкой сидератов, соломы на органоминеральном фоне варьировало в пределах 5,42-6,44 т/га, максимум – в зернопаросидеральном и в зернотравяных севооборотах. Наличие в севообороте двух полей клевера и сочетание сидератов и соломы один или два раза за ротацию севооборота обеспечило бездефицитный баланс гумуса.
Ключевые слова: севооборот, фон питания, минеральные удобрения, сидерат, солома, пожнивно-корневые остатки, баланс гумуса.
Для цитирования: Сохранение плодородия темно-серой почвы при использовании биологических факторов в севооборотах /, , //АПК России. 2016. Т.23. № 5. С. 810-815.
Обоснование исследований
Стремление в сельском хозяйстве к максимальному использованию пашни для получения зерна и кормов осуществляется в основном за счет почвенного плодородия, что ведет к деградации агрофизических и агрохимических свойств пахотных земель [1]. Для избежания развития негативных процессов важно регулировать почвообразование.
На современном этапе функционирования агросистем немаловажное значение придается биологизации земледелия. Под которой понимают увеличение поступления органического вещества в почву за счет расширения посевов однолетних и многолетних бобовых культур, применения в качестве удобрения сидератов и соломы и т. д. [2,3].
Все агротехнические и биологические мероприятия должны осуществляться через освоение севооборотов [4,5]. Рациональное использование биоресурсов в севооборотах позволяет поддерживать достаточно высокий уровень продуктивности пашни и обеспечивать сохранение плодородия пахотных земель, в т. ч. достижение положительного баланса гумуса [6,7,8].
Цель наших исследований – выявить воздействие биологических факторов на физико-химические свойства и баланс гумуса темно-серой лесной почвы.
Материалы и методы исследований
В ФГБНУ «Уральский НИИСХ» с 2002 г. проводится изучение полевых севооборотов с максимальной ориентацией на биологические факторы. Севообороты развернуты во времени и пространстве и изучались в третьей ротации по следующим схемам: 1. Зернопаротравяной – чистый пар – озимая рожь – ячмень с подсевом трав – клевер 1 г. п. – пшеница; 2.Зернопаросидеральный – сидеральный пар (рапс) – пшеница – овес – горох – ячмень; 3. Зернотравяной (бобовые культуры 40 %) – горох – пшеница с подсевом трав – клевер 1 г. п. – ячмень – овес; 4. Зернотравяной с насыщением многолетних трав 20% – однолетние травы, поукосно рапс – ячмень с подсевом трав – клевер 1 г. п. – пшеница – овес;
5. Зернотравяной с насыщением многолетних трав 40 % – ячмень с подсевом трав – клевер 1 г. п. – клевер 2 г. п. – пшеница – овес.
Почва опытного участка – темно-серая лесная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 4,67-5,06 %, легкогидролизуемого азота – 136-181 мг, подвижного фосфора – 206-268, обменного калия – 150-168 мг/кг почвы, сумма поглощенных оснований – 27,6-33,9 мг – экв. на 100 г почвы, рНсол – 4,9-5,1.
Севообороты заложены на трех фонах:
1. Без удобрений (естественный фон плодородия);
2. Минеральный – N30Р30К30 (в среднем на 1 га севооборотной площади);
3. Органоминеральный – навоз, сидераты, солома на фоне N24Р24К24.
На органоминеральном фоне питания в зернопаротравяном севообороте в паровом поле внесен навоз в дозе 50 т/га; в зернопаросидеральном – запахана зеленая масса крестоцветной культуры в количестве 13,4-23,4 т, солома ячменя – 3,78 т, солома гороха – 2,43 т; в зернотравяном (бобовые культуры 40 %) – отава клевера – 10,5 т, солома ячменя – 3,54 т, солома гороха – 2,18 т; зернотравяной с насыщением мн. трав 20 % – поукосный рапс – 7,0 т, отава клевера – 14,6 т, солома пшеницы – 3,11 т; зернотравяной с насыщением мн. трав 40 % – отава клевера –12,6 т/га.
Результаты исследований и обсуждение
В среднем за ротацию севооборотов наибольший процент (69,6-72,5) частиц размером 0,25-10 мм обнаружен на органоминеральном фоне питания. По отношению к неудобренному фону питания систематическое применение минеральных и органических удобрений способствовало увеличению доли агрономически ценных частиц на 4,4-6,9 %, их минимальное количество отмечено в зернотравяном севообороте с насыщением многолетних бобовых трав 20 %.
На естественном фоне плодородия в изучаемых севооборотах, где поступление растительной массы ограничено только пожнивно-корневыми остатками, плотность почвы находилась в пределах 1,12-1,14 г/см3. В то же время на органоминеральном фоне питания увеличение поступления растительной массы за счет заделки сидератов и соломы способствовало разуплотнению почвы в пахотном горизонте во всех севооборотах, плотность почвы по отношению к недобренному варианту снизилась к концу третьей ротации на 0,02-0,07 г/см3.
При ежегодном поступлении растительной массы с пожнивно-корневыми остатками культур и органическими удобрениями возросла жизнедеятельность микробиоты. Так, на минеральном и органоминеральном фонах питания процент распада льняного полотна в пахотном слое находился в пределах 29,0-30,1%. По отношению к контролю разница составила 9,4-13,6 %.
Запасы минерального азота (N-NО3 + N-NН4) в период всходов зерновых находились в пределах 16,0-26,5 мг/кг почвы. За счет внесения минеральных и органических удобрений количество доступного азота на всех изучаемых севооборотах увеличилось на 3,7-10,1 мг/кг по отношению к контролю.
Улучшение агрофизических, биологических свойств темно-серой почвы способствовало увеличению продуктивности пашни. Благодаря запашке зеленой массы сидеральной культуры в паровом поле в почву дополнительно поступает в среднем на 1 га севооборотной площади около 20 кг азота, фосфора – 7,6-8,0 и калия – 22-25 кг. Поступление легкоусвояемых элементов питания позволяет поддерживать высокую продуктивность зерновых культур в севообороте, даже без многолетних трав. Так, в зернопаросидеральном севообороте с рапсом средняя урожайность яровых зерновых на удобренных фонах составила 3,21-3,33 т, а в зернотравяных – на уровне 3,07-3,46 т/га.
Учеты за накоплением пожнивно-корневых остатков показали, что при систематическом применении удобрений идет увеличение поступления растительных остатков под культурами севооборотов. Из всех выращиваемых культур в севооборотах максимальная масса пожнивных и корневых остатков остается после клевера. После многолетней бобовой травы накапливалось в зависимости от фона питания на уровне от 6,0 до 7,5 т сухой массы.
Максимальное суммарное накопление сухой растительной массы обнаружено в зернопаросидеральном и зернотравяных севооборотах, а наименьшее – в зернопаротравяном с чистым паром (табл. 1).
Таблица 1 – Среднегодовое поступление сухой растительной массы в почву с пожнивно-корневыми остатками и органическими удобрениями, 2011-2015 гг.
Севооборот | Фон пита-ния | Поступление растительной массы, т/га | ||
с пожнивно-корневыми остатками | с органи-ческими удобрениями | всего | ||
Зернопаротравяной | 1 | 3,41 | – | 3,41 |
2 | 4,00 | – | 4,00 | |
3 | 4,01 | 2,0 | 6,01 | |
Зернопаросидеральный (без мн. трав) | 1 | 3,74 | 0,62 | 4,66 |
2 | 5,05 | 0,84 | 5,89 | |
3 | 4,90 | 1,75 | 6,65 | |
Зернотравяной (бобовые культуры 40 %) | 1 | 3,56 | – | 3,56 |
2 | 4,18 | – | 4,18 | |
3 | 4,19 | 1,23 | 5,42 | |
Зернотравяной (многолетние бобовые травы 20 %) | 1 | 3,92 | – | 4,36 |
2 | 4,84 | – | 4,87 | |
3 | 4,88 | 1,56 | 6,44 | |
Зернотравяной (многолетние бобовые травы 40 %) | 1 | 4,25 | – | 4,25 |
2 | 4,34 | – | 4,34 | |
3 | 5,01 | 0,67 | 5,68 |
Применение сидератов и соломы способствовало дополнительному поступлению органической массы на уровне 0,62-1,75 т/га в среднем за год. Суммарное поступление сухой растительной массы за ротацию севооборотов на органоминеральном фоне варьировало в пределах 5,42-6,44 т/га. По мнению других исследователей [9], такого количества сухой биомассы достаточно для компенсации потерь гумуса от его минерализации.
На основании фактической продуктивности культур севооборотов и химического анализа растительной продукции нами произведены балансовые расчеты по расходу и приходу органического вещества [10]. Величина среднегодовой минерализации гумуса в изучаемых севооборотах варьировала на уровне 707-1080 кг/га, минимальные показатели выявлены в зернотравяном (бобовые культуры 40 %) и зернопаросидеральном севооборотах (табл. 2). Замена чистого пара в севооборотах на сидеральный или занятый позволяла снизить минерализацию гумусовых веществ на 17-29 %.
Таблица 2 – Среднегодовой баланс гумуса в севооборотах, кг/га (2011-2015 гг.)
Севооборот | Фон пита-ния | Минера-лизация гумуса | Поступление гумуса, в т. ч. | Баланс гумуса, + - | |
с органи- ческими удобрениями | с пожнивно-корневыми остатками | ||||
1. Зернопаро- травяной | 1 | 1080 | – | 596 | -484 |
2 | 1060 | – | 647 | -413 | |
3 | 1063 | 500 | 648 | +85 | |
2. Зернопаросиде-ральный | 1 | 769 | 107 | 374 | -288 |
2 | 767 | 187 | 505 | -75 | |
3 | 753 | 385 | 490 | +122 | |
3. Зернотравяной (бобовые культуры 40 %) | 1 | 729 | – | 578 | -151 |
2 | 707 | – | 670 | -37 | |
3 | 708 | 284 | 672 | +248 | |
4. Зернотравяной (многолетние бобовые травы 20 %) | 1 | 900 | – | 575 | -325 |
2 | 843 | – | 708 | -155 | |
3 | 876 | 274 | 714 | +112 | |
5. Зернотравяной (многолетние бобовые травы 40 %) | 1 | 780 | – | 718 | -62 |
2 | 737 | – | 718 | -17 | |
3 | 800 | 56 | 837 | +93 |
В среднем за год с органическими удобрениями дополнительно поступало от 56 до 500 кг/га гумуса. Запашка сидератов и соломы в севооборотах способствовала увеличению поступления гумуса в пахотный слой на уровне 107-385 кг/га. С пожнивно-корневыми остатками максимальное накопление органического вещества отмечено в зернотравяных севооборотах, его приход на удобренных фонах питания за ротацию в среднем составил 708-837 кг/га, т. е. включение промежуточных культур и наличие двух полей с клевером существенно увеличивает поступление растительных остатков в почву. В зернопаросидеральном севообороте, где отсутствует клевер, новообразование гумуса снизилось в 1,4-1,7 раза, т. е. компенсация расхода гумусовых веществ должна покрываться за счет использования побочной продукции на удобрение.
В почве под культурами сидерального севооборота с запашкой рапса за счет пожнивно-корневых остатков разложение гумуса возмещается в пределах 48-68 %. Следует заметить, что при двухгодичном использовании многолетних бобовых трав в севообороте потери от минерализации органического вещества на удобренных фонах практически полностью компенсировались за счет поступления сухой массы растительных остатков, несмотря на невысокую продуктивность клевера в третьей ротации севооборотов.
Расчеты по статьям баланса гумуса за ротацию севооборотов свидетельствуют, что на естественном фоне плодородия сложился отрицательный баланс органического вещества, наиболее близкий к бездефицитному выявлен в севообороте с двумя полями клевера. На минеральном фоне питания выявлена аналогичная закономерность, наибольшие показатели получены в севооборотах с чистым и занятым парами, дефицит гумусовых веществ достигал в среднем за год 17-413 кг/га. Расход гумуса близкий к бездефицитному получен только в зернотравяных севооборотах с насыщением бобовыми культурами и многолетними травами до 40 %. Следует отметить, что запашка рапса в паровом поле без внесения соломы не позволяла перекрыть расходную часть гумусового баланса.
В изучаемых севооборотах на органоминеральном фоне среднегодовой профицит гумуса составил около 85-248 кг/га. Полное возмещение расхода гумусовых веществ возможно при применении навоза в чистом пару из расчета 10 т на 1 га севооборотной площади. Запашка рапса в паровом поле, отавы клевера и поукосного рапса в сочетании с внесением соломы 1 или 2 раза ротацию севооборота также полностью компенсирует потери от минерализации гумуса.
Агрохимический анализ темно-серой лесной почвы в конце ротации показал, что пахотном слое заметных различий в содержании гумуса в севооборотах не выявлено. Разница по количеству гумусовых веществ по фонам питания, по мнению других исследователей [11], могла быть обусловлена пестротой почвенного плодородия на делянках.
Выводы
Обобщение данных в третьей ротации биологизированных севооборотов показало, что систематическое применение органических удобрений (навоз, сидераты, солома) способствовало повышению количества агрономически ценных агрегатов размером 0,25-10 мм на 4,4-6,9 %, разуплотнению пахотного слоя на 0,02-0,07 г/см3 по отношению к естественному плодородию почвы. Выявлено увеличение биологической активности и минерального азота в пахотном слое на органоминеральном фоне питания по сравнению с неудобренным фоном питания.
По урожайности зерновых культур за ротацию зернопаросидеральный севооборот без многолетних трав не уступал зернотравяным, а по сбору сухого вещества и выходу кормовых единиц последние заметно превосходили его.
Поступление сухой биомассы в почву с пожнивно-корневыми остатками и органическими удобрениями в среднем на 1 га севооборотной площади в пределах 6,0-6,5 т обеспечило достижение бездефицитного баланса гумуса.
Список литературы
1. Синявский и рациональное использование биоресурсов //АПК России. 2015. Т.71. С.112-117.
2. Система биологизации земледелия в Нечерноземной зоне / Под общ. ред. . М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. 296 с.
3. Сорокин биоресурсы повышения плодородия пахотных почв подтаежной зоны западной Сибири: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Омск. 2013. 41 с.
43. Севообороты и агротехнологии для современного земледелия Зауралья /, , …[и др.]. Куртамыш: ГУП «Куртамышская типография», 2010. 126 с.
5. Постников – основа адаптивного земледелия // Состояние и пути повышения эффективности агрохимических исследований в Северо-Восточном и Уральском регионах: материалы Регионального совещ. научных учрежд. – участников Геосети Северо-Восточного и Уральского регионов. М.: ВНИИА, 2013. С. 97-102.
6. Зеленин оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Пенза. 2013. 49 с.
7. , , Солдатова сидератов и соломы в стабилизации процессов трансформации органического вещества в дерново-подзолистой почве // Известия ТСХА. Вып. № 3. 2013. С.63-73.
8. , , Васина темно-серой почвы и продуктивность севооборотов при различных системах удобрений // АПК России. 2015. Т.72. № 1. С.113-116.
9. , , Сыромятников обоснование чередования культур в севооборотах Центрально-Черноземной зоны // Доклады РАСХН. 2008. № 8. С.32-35.
10. , , Попов и практика использования органических удобрений. М.: Агропромиздат, 1987. 96 с.
11. , Калганова плодородия почв Зауралья // АПК России. 2014. Т.70. С.178-185.
, кандидат сельскохозяйственных наук,
ведущий научный сотрудник отдела земледелия и кормопроизводства,
федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Уральский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»
E-mail: postnikov. *****@***ru
, старший научный сотрудник аналитической лаборатории, федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Уральский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»
E-mail:*****@***ru
, младший научный сотрудник отдела
земледелия и кормопроизводства, федеральное государственное
бюджетное научное учреждение «Уральский научно-исследовательский
институт сельского хозяйства»
E-mail: *****@***ru
