Агроэкологические особенности оптимизации содержания гумуса

Рис.1. Орографическая схема Ростовской области (особо выделен Донецкий кряж, располагающийся на территории Украины - Луганская область - и его отроги в Ростовской области - Россия): 1- Калачская возвышенность, 2- Донская гряда, 3- Донецький кряж, 4- Сало-Маныческая гряда, 5- Ергенинская возвышенность, 7- река Кагальник, 8- Весёловское водохранилище, 9- Пролетарское водохранилище, 10- река Кундрючья, 11-река Тузлов

Именно поэтому важнейшим резервом уменьшения потерь гумуса и оптимизации всего гумусного состояния почв в агроландшафтах есть усовершенствование существующих и разработка новых приемов и систем обработки почвы. Характерной особенностью безотвальной обработки является то, что при ее проведении пожнивные остатки выращиваемых культур, которые являются основным источником гумусообразования в окультуренных почвах, остаются на поверхности почвы, либо в самом верхнем слое, тогда как при вспашке они распределяются по всей глубине пахотного слоя или заделываются на дно борозды.

гумусообразование полевой эродированный почва

Рис. 2. Содержание гумуса в черноземе обыкновенном среднеэродированном при различных способах использования, % (ось Y), (n = 20, t05 = 2,09 и t факт.= 2,24; 2,07; 1,04 - послойно)

Так исследования в полевом опыте показали, что после проведения плоскорезной обработки на поверхности поля остается более 60% стерни озимой пшеницы, которая попадает в почву только после весенней культивации.

Данные по распределению корневой системы озимой пшеницы в полуметровом слое почвы свидетельствует о том, что на делянках с противоэрозионными видами обработок в слое 0 - 10 см сосредотачивается 58,5 % корневой массы, в то время как на вспашке только 47,3 %. В слое 10 - 20 см и 20 - 30 см больше корневой было на вариантах со вспашкой - соответственно 26,4 и 14,8 против 18,9 и 9,8 по плоскорезной обработке. И только на глубине 30-40 и 40-50 см количество корней озимой пшеницы на обоих вариантах было одинаковым (рис. 3).

Рис. 3. Корневая масса озимой пшеницы по черному пару при разных системах основной обработки почвы (ось Х - слои почвы; ось Y - численные значения; в слое 0-50 см по общепринятой обработке 18,2 ц/га, по плоскорезной - 16,4 ц/га)

Учитывая повышенное содержание растительных остатков в поверхностном слое почвы при обработке ее орудиями с плоскорежущими рабочими органами, логично допустить, что это в полной мере будет влиять на режим органических веществ в почвенной толщи в сравнении с отвальной вспашкой. В следующем опыте, где исследования проводились с 1994 по 2000 годы, установлено в результате изучения режима органических веществ в почве, что количество растительных остатков в виде корней было большим на 5,7- 20,3 % на вариантах с применением удобрений по сравнению с вариантами с неудобренным фоном. В них так же было отмечено большее количество основных макроэлементов. Результаты этих исследований дают возможность по-новому оценить возможности безотвальной обработки в регулировании режима органических веществ почвы. Так известно, что гумусообразование является неотъемлемой частью почвообразовательного процесса и развивается исключительно в почвенной толщи, поэтому обязательным условием гумификации растительных остатков есть их заделка и тщательное перемешивание с почвой. Более 40 % их заделывается в пахотный слой уже в период осеннего цикла работ. Остатки находятся на поверхности поля в зимний период, когда деятельность микроорганизмов угнетена и процессы разложения идут чрезвычайно медленно. В течении зимы минерализуется около 20 % стерни, хотя эти данные следует считать завышенными, так как весной удается учесть только те остатки, которые хорошо сохранились. Та часть стерни, которая находится в полуразложившемся состоянии, как правило, не учитывается. Эти остатки легко заделываются в почву при проходах почвообрабатывающих орудий в период весенних полевых работ совместно с 20 - 25 % неразложившихся растительных остатков. Таким образом, при проведении противоэрозионной обработки почвы практически вся стерня попадает в почву. Результаты определения валового гумуса в почве полевого опыта на постоянно закрепленных делянках свидетельствует о том, что систематическое применение в течении 20 лет плоскорезной обработки на слабоэродированном черноземе привело к накоплению гумуса в верхнем слое 0-10 см в сравнении со вспашкой (табл. 1). В целом обеспеченность валовым гумусом как пахотного, так и полуметрового слоя почвы при общепринятых технологиях его обработки незначительно отличалась перед вариантами с почвозащитными обработками.

Таблица 1. Влияние различных систем обработки почвы на содержание гумуса, % (1993 г.)

Интенсивное использование чернозема обыкновенного слабоэродированного в зернопаропропашном севообороте с 15% черного пара и 35% пропашных культур без применения минеральных и органических удобрений за 20-летний период привело к снижению содержания гумуса в полуметровом слое на 0,24% при плоскорезной обработке, что в относительном выражении соответствует 7,1 и 5,8 %. Причем, уменьшение содержания гумуса по обоим фонам отмечалось исключительно в пахотном слое и практически не проявлялось в подпахотных горизонтах. Более заметных изменений за период исследований достигли валовые запасы гумуса, рассчитанные с учетом объемной массы почвы, которая на противоэрозионном фоне в среднем для полуметрового почвенного слоя на 0,03г/см3 выше, нежели на общепринятом. Рассмотренные данные свидетельствуют о том, что выращивание сельскохозяйственных культур в полевом севообороте без применения минеральных и органических удобрений сопровождается явно выраженным перевесом процессов минерализации органического вещества над гумификацией. При этом процесс потери гумуса в зависимости от систем обработки происходит с разной интенсивностью. В целом за 20-летний период ведения опыта утраты гумуса в полуметровом слое чернозема обыкновенного слабоэродированного составили 16,0 т/га или 6,7% на вариантах с общепринятой обработкой и 9,3т/га или 3,9% - на почвозащитных обработках. При этом ежегодная потеря гумуса в среднем составляла 0,8 т/га по фону отвальной вспашки и 0,5 т/га на делянках с плоскорезной обработкой или на 38% меньше. Результаты наших исследований свидетельствуют о том, если на вариантах с отвальной вспашкой наблюдается равномерное распределение свободных гуминовых кислот в полуметровом слое с постепенным уменьшением вниз по профилю, то на делянках с систематическим безотвальным рыхлением они в большей мере локализованы в верхнем слое 0 - 10 см.

Таблица 2. Содержание негумифицированных органических остатков в почве ( Сорг - Сгум) при различных системах обработки, %

Полученные результаты показывают (табл. 2), что количество негумифицированных органических остатков в пахотном слое, систематично обрабатываемом орудиями с плоскорежущими органами, достоверно выше в сравнении с отвальной вспашкой.

Весьма эффективным является для повышения и сохранения плодородия почвы способ создания пролонгированного кулисного пара, который включает посев растений в виде полос перпендикулярно вектору стока (Патент РФ 2260929) [5]. Помимо этого, в качестве растений для создания кулис используются многолетние бобовые травы, высеваемые под покров ярового ячменя, а озимую пшеницу высевают по кулисному пару под углом 90о, или 75о, или, 45о, или 35о к кулисам из бобовых трав. На рисунках 4 и 5 представлены схемы осуществления способа. Целью же способа является использование кулис в течение нескольких сельскохозяйственных лет до их изреживания на 50 - 60%, получение дополнительного урожая семян бобовых трав и предотвращение в течение всего сельскохозяйственного года эрозии и дефляции на склоновых и равнинных землях соответственно. Так в 1998-2007 годах в южной части Ростовской области и в северной части Краснодарского края на склоновых землях высевались перпендикулярно вектору стока под покров ячменя люцерна (1) с междурядьями 70 см овощной сеялкой.

После уборки ячменя остаётся стерня и люцерна уходит в зиму. Весной производится боронование поперёк посевов, люцерна отрастает, обозначаются её рядки и производится культивация междурядий пропашным культиватором 2 - 4 раза до смыкания люцерны, когда растения достигают высоты 50 - 80 см.

Рис. 4. Способ создания пролонгированного кулисного пара: 1 - растения люцерны; 2 - валки

Затем она цветёт, созреваю её бобы и производиться её скашивание поперёк рядков на семена. Обмолот семян производится комбайном с измельчителем, то есть производится мульчирование почвы. После уборки люцерны, когда получим от 150 до 300 кг/га семян люцерны, производится культивация междурядий. В результате культиваций в рядках люцерны образуются вытянутые во весь рядок перпендикулярно вектору стока холмики (4). Затем, перед посевом озимой пшеницы, производится боронование кулисного пара зубовыми боронами поперёк рядков (3) люцерны 3 - 4 раза и производится выравнивание поля.

Затем, перед посевом, производится предпосевная культивация пропашными культиваторами на глубину заделки семян - 6-8 см. При этих мероприятиях теряется до 30% люцерны, однако это не влияет на поставленную задачу, так как травостой затем интенсивно восстанавливается. При достаточном увлажнении люцерна может отавировать, в этом случае производится второй укос с применением КИР-1,5 и разбрасываются растительные остатки по полю в виде мульчи, то есть производится мульчирующая обработка почвы.

Рис. 5. Способ создания пролонгированного кулисного пара: 1 - растения люцерны в рядках; 2 - вытянутые вдоль рядков холмики; 3 - вектор стока

Сев озимой пшеницы производится зерновой сеялкой с дисковыми сошниками полной нормой высева поперёк рядков люцерны. Люцерна подымается в рядках в посевах озимой пшеницы на 30-40 см и уходит в зиму. Люцерновые кулисы задерживают снег, равномерно распределяя его по поверхности поля, утепляя тем самым озимую пшеницу, та в результате этого, лучше перезимовывает. Всё это способствует накоплению большего количества влаги в почве и защите её от эрозии и дефляции. Весной производится боронование и вычёсывание отмёрших растений. Озимая пшеница трогается в росте быстрее, чем люцерна и угнетает последнюю. При необходимости в фазу кущения озимой пшеницы поле обрабатывается гербицидом 2,4-Д из расчёта 1 кг/га по д.в. и тем самым достигается временное угнетение люцерны, отдавая текущий приоритет развитию растений озимой пшеницы и возможности использования питательных веществ и влаги, накопленных в люцерновых кулисах, озимой пшенице. В период осветления озимой пшеницы люцерна начинает усилено развиваться и выходит во второй ярус. Уборка осуществляется раздельно. Люцерна же остаётся для последующей вегетации и формирования урожая семян, который будет получен в этом же году - в августе - сентябре. Таким образом, получается полноценный урожай зерна озимой пшеницы, качество которого по содержанию белка на 1,5-2% и качеству клейковина на 4-5% выше, чем при традиционном возделывании. Получаемая солома фактически имеет свойства высококачественного сена и охотно поедается скотом. Дополнительно к зерну озимой пшеницы получается 50 - 60 кг/га семян люцерны. Экономия азотных удобрений составляет 40-60 кг/га по д.в. Предотвращается смыв почвы на склоновых землях от 1,2 до 20,0 т/га и предотвращается дефляция, поскольку почва в течение всего года защищена от воздействия эродирующих факторов. Коэффициент энергетической эффективности составляет 3,8-5,6 единиц, или возрастает в 1,7-2,8 раза.

Развитием рассмотренного подхода является способ повышения содержания и накопления доступного азота в агроценозах. Он включает в себя совместный, осенний, посев озимых колосовых и бобовых культур, при чём с целью создания оптимальных условий для быстрого высвобождения органических форм азота из соломы, пожнивных и корневых остатков, переводя его в формы доступные сельскохозяйственным растениям и накопления его в почве. Одновременно высевается озимая пшеница с нормой высева, рекомендованной для данной зоны, и озимая вика с нормой высева семян в соотношении с нормой высева семян озимой пшеницы 0,48-0,54. Если вместо озимой пшеницы используется озимый ячмень, то норма высева озимой вики к норме высева озимого ячменя будет иметь соотношение как 0,44-0,50. Если как озимая культура высевается тритикале, то соотношение норм высева озимой вики к норме высева тритикале будет 0,4-0,48. При использовании озимой ржи соотношение норм высева озимой вики к норме высева озимой ржи будет колебаться от 0,42-0,52. Посев озимой пшеницы и вики осуществляется следующим образом. Вначале производится смешивание семян двух культур. Далее эта смесь после предварительного протравливания высевается зерновой сеялкой СЗ-3,6. Данные исследований за 2000 - 2002 годы показали следующее (рис. 6).

Рис.6. Урожайность озимой пшеницы и озимой вики в совместных и моно посевах, ц/га. По оси Х - 1 - 2000 г., 2 - 2001 г., 3 - 2002 г.; по оси Y - урожайность; легенда - ряд 1 - озимая пшеница + озимая вика; ряд - 2 - озимая пшеница; ряд 3 - озимая вика

Исходя из приведённых данных видно, что совместный посев культур положительно сказался на их урожайности в совместных посевах. Тем самым достигается формирование агроценозов, близких по своим качественным параметрам к биоценозам естественных популяций. При этом следует отметить, что соотношение зерна вики к общему урожаю зерна в совместном посеве составляет 20-25%, а зерно озимой пшеницы - 80-85%. При совместном выращивании озимой пшеницы и вики происходит фиксирование и перераспределение азота в пользу озимой пшеницы в размере 60-80 кг/га посевной площади. Это приводит к экономии азотных удобрений, уменьшению энергоёмкости производственного процесса в силу меньшего применения наиболее дорогостоящей составляющей технологии выращивания сельскохозяйственных культур - минеральных туков.

Уборка обеих культур, высеянных совместно, производится раздельным способом. То есть сначала посевы скашиваются на свал, причём срок уборки определяется по степени готовности к ней зерна озимой зерновой культуры, а затем производится обмолот либо с помощью комбайна, либо на стационарном пункте обмолота, что значительно сокращает потери зерна обеих культур.

В случае же использования вики как «стартовой» культуры, отдающей свой азот своему приемнику, в фазу кущения озимых колосовых производится обработка посевов гербицидом 2,4-Д с типовой нормой расхода по д.в.

В этом случае, а также в случае утилизации соломы, пожнивных остатков и корневых остатков на совместных посевах озимой пшеницы и озимой вики (так же как и на посевах озимых ячменя, ржи и тритикале), происходит быстрое высвобождение и перераспределение азота за счёт того, что достигается оптимальное соотношение между углеродом и азотом. Так если на посевах озимой пшеницы имеется соотношение углерода к азоту как 1: 60 - 70, то при совместных посевах с озимой пшеницей озимой вики это соотношение принимает оптимизированное значение - 1 : 30 - 40. Тоже наблюдается и при посеве озимой вики с другими озимыми колосовыми. Это позволяет процессам высвобождения и перераспределения азота происходить быстрее и без лишних потерь. Одновременно улучшается процесс гумификации и сохранения плодородия почвы. В случае выращивания озимого ячменя, тритикале или ржи на зерно совместно с озимой викой, технология возделывания остаётся такой же, как и при возделывании озимой пшеницы и вики.

Если же перечисленные культуры выращиваются на зелёный корм или для получения соломы, то получается ценный корм для животных. Так в соломе вики содержится до 2% азота, а солома озимого ячменя + вики, тритикале + вики, озимой ржи + вики по своим кормовым достоинствам приближается к сену естественных травостоев. Таким образом, достигается повышен и накопление доступного азота а в агроценозах на 60 - 80 кг/га посевной площади, увеличивается на 4 - 7 ц/га урожайность озимой пшеницы, на 5 - 6 ц/га озимого ячменя, на 3 - 4 ц/га тритикале, на 2 - 3 ц/га озимой ржи. Качество соломы в совместных посевах возрастает в перерасчёте на кормовые единицы на 20%, 30% и 28% соответственно. А количество сырого протеина возрастает на 4,2%, 5,1% и 3,7% соответственно.

В целом же и зерно, и не зерновую часть продукции совместных агроценозов можно рассматривать как экологически чистую продукцию, полученную за счёт снижения применения минеральных удобрений. При повышении коэффициента энергетической эффективности при возделывании данных культур в совместных посевах.

Выводы. Тот же факт, что безотвальная обработка влияет, а лучше сказать способствует повышению содержания лабильных форм гумусовых веществ, свидетельствует о возможности этой обработки сохранять плодородие почв. Наши исследования на слабоэродированном обыкновенном черноземе показали, что применение удобрений в дозах 9 т на 1 га севооборотной площади на фоне отвальной вспашки позитивно не повлияло на увеличение гумуса в почве. Поскольку новыми подходами для увеличения запаса гумуса являются применение многолетних трав, то с этой целью нами были разработаны и испытаны в полевых условиях ряд концептов безопасного ведения земледелия на уровне охраноспособных объектов. Один из них - «Способ создания пролонгированного кулисного пара», который включает посев растений в виде полос перпендикулярно вектору стока (Патент РФ 2260929) [5].

Список использованной литературы

1. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации [Текст] / Л.Н. Александрова.- Л.: Наука, 1980.-128 с.

2. Мишустин Е. Микробиологические основы использования соломы как удобрения [Текст] / Е. Мишустин, Н. Востров // Земледелие.-1969.-№10.-С. 40.

3. Туев Н.А. Влияние различных способов обработки почвы на интенсивность микробиологических процессов гумусообразования [Текст] / Н.А. Туев / Микроорганизмы как компонент биогеоценоза. - Алма-Ата: 1982.-С. 148.

4. Усатенко Ю.А. Влияние технологических особенностей на предупреждение кризисных ситуаций в земледелии (в условиях бассейна реки Северский Донец). Монография [Текст] / Ю.А.Усатенко, М.В.Орешкин, М.В.Болотских, А.И.Денисенко, Н.А.Зеленский.- Луганск: ОАО «ЛОТ», 2005.- 196 с.

5. Патент 2260929 РФ, МПК7 А 01 В 79\02. Способ создания пролонгированного кулисного пара Текст Н.А.Зеленский, Е.П.Луганцев, М.В.Орешкин № 2003131217.- Заявлено 23.10.03; Опубл. 20.05.05 Бюл.№ 27.

Размещено на Allbest.ur