Эффективность ресурсосберегающих систем обработки черноземов степной зоны Южного Урала

48

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Специальность 06.01.01 - Общее земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Тема:

Эффективность ресурсосберегающих систем обработки черноземов степной зоны Южного Урала

Бакиров Фарит Галиуллиевич

Оренбург - 2008

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет»

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Кислов Анатолий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Максютов Николай Алексеевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор заслуженный деятель науки РФ Казаков Геннадий Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор заслуженный агроном РФ, Курдюков Юрий Федорович

Ведущая организация: ГНУ Самарский научно-исследовательский институт сельского хозяйства им. Н.М. Тулайкова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор с.-х. наук, профессор А.А. Громов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Главной задачей земледелия является устойчивое наращивание производства качественной и конкурентоспособной (дешевой) продукции растениеводства с сохранением и повышением плодородия почвы. Основой решения этой проблемы является эффективное использование почвенно-климатических ресурсов региона и внедрение ресурсосберегающих систем обработки почвы.

Учеными Оренбуржья и Поволжья накоплен большой теоретический и практический материал по обработке почв. Значительный вклад в эту область науки внесли Н.М. Тулайков, К.Г. Шульмейстер, Д.И Буров, И.А. Чуданов, Г.И. Казаков, В.А. Корчагин, Ю.Ф. Курдюков, А.В. Кислов, Н.А. Максютов и другие. Однако стремительно меняющаяся экономическая ситуация в стране и мире, продолжающаяся деградация почв вынуждают ученых к поиску новых ресурсосберегающих почвозащитных способов обработки почвы.

Производство зерна в Оренбургской области ведется в жестких условиях дефицита влаги для растений. По зонам области выпадает от 260 до 470 мм осадков в год. Поэтому дополнительное накопление влаги в почве и ее эффективное использование - важный резерв повышения урожайности и стабилизации производства зерна.

Вспашка, оставаясь наиболее энергоемким приемом в технологии выращивания культур, не отвечает требованиям максимального аккумулирования влаги в почве и ее сбережения, является причиной деградации черноземов. За последние 20 лет содержание гумуса в пахотном слое почвы снизилось по зонам области на 0,73-1,78% (А.И. Климентьев, 1997). Не решили в полной мере обозначенные проблемы и разноглубинные безотвальные способы обработки почвы, но привели к некоторому снижению урожайности культур. Причина тому применение техники и технологии посева, не отвечающих изменяющимся условиям произрастания растений при бесплужных обработках почвы.

В связи с этим разработка технологий основной обработки почвы и посева, обеспечивающих повышение плодородия почвы, эффективное использование влаги, рост урожайности, значительное сокращение затрат является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с государственной научной программой «Плодородие» и темой научных исследований Оренбургского государственного аграрного университета «Разработка биологических и агрофизических методов восстановления плодородия почв и управления продуктивностью агроэкосистем в условиях Южно-Уральского региона», номер государственной регистрации 01960006478.

Цель и задачи исследований. Цель работы - обосновать и разработать влаго-, ресурсосберегающие почвозащитные технологии обработки черноземных почв степной зоны Южного Урала в системе зернопаропропашного и зернопарового севооборотов.

Задачи исследований: - установить закономерности изменения и приемы оптимизации агрофизических, биологических и агрохимических показателей плодородия черноземов под действием систем основной обработки почвы;

- изучить действие обработки почвы на накопление и расходование влаги и разработать наиболее эффективные приемы использования зональных ресурсов увлажнения;

- выявить влияние длительного применения ресурсосберегающих систем обработки почвы на урожайность культур зернопаропропашного и зернопарового севооборотов;

- обосновать агроэкологическую, экономическую целесообразность и разработать технологию мелкого посева зерновых культур;

- дать агроэкологическую, экономическую и энергетическую оценку ресурсосберегающим технологиям.

Научная новизна результатов исследований. В результате многолетних исследований дано теоретическое обоснование ресурсосберегающим технологиям в степной зоне Южного Урала.

Определены оптимальные параметры агрофизических показателей плодородия чернозема южного для зерновых культур и кукурузы и их изменение при минимизации обработки почвы.

Изучены особенности изменения микробиологической активности и дифференциации плодородия пахотного слоя почвы (гумус и NPK) под действием отвальных и безотвальных обработок почвы и их минимизации.

Определена динамика фитосанитарного состояния посевов в результате длительной минимизации обработки почвы в системе зернопаропропашного и зернопарового севооборотов.

Изучены закономерности накопления, сохранения влаги при подготовке почвы и посеве сельскохозяйственных культур, обеспечивающие рациональное использование ресурсов влаги.

Дано научное обоснование возможного уровня минимизации обработки чернозема южного в севооборотах, обеспечивающего повышение плодородия почвы без снижения продуктивности культур.

Разработана и научно обоснована технология мелкого посева зерновых культур по стерневым предшественникам.

Основные положения, выносимые на защиту: - в паровом звене севооборота плотность чернозема южного остается в пределах оптимальных значений, что дает возможность оставлять поле без обработки до 3 лет подряд и более. В пропашном звене почва уплотняется до критического порога уплотнения (КПУ) и требуется ее рыхление;

- продолжительное применение нулевых и мелких обработок способствует увеличению содержания гумуса и питательных веществ, с преимущественной локализацией их в верхнем слое почвы;

- безотвальные способы обработки почвы приводят к биологической разнокачественности пахотного слоя чернозема южного, с постепенным угасанием микробиологической активности с поверхности вглубь горизонта;

- чернозем южный обладает высокой способностью к разуплотнению, но при достижении критического порога уплотнения (КПУ) не способен за один сезон (осень - весна) саморазрыхлиться до равновесной (оптимальной) величины;

- при минимальных системах обработки почвы происходит повышение засоренности и смена видового состава сорняков с увеличением количества злаковых растений. Применение гербицидов осенью и (или) в фазу кущения зерновых культур позволяет контролировать численность сорняков на уровне экономического порога вредоносности;

- важными условиями накопления осенне-зимних осадков являются сохранение на поверхности почвы стерни и соломенной мульчи и обработка переуплотненной почвы чизельным плугом в сочетании с мелким плоскорезным рыхлением;

- мульча из соломы способствует увлажнению поверхностных слоев почвы, создавая предпосылку для мелкого (3-4 см) посева, образования вторичных корней зерновых культур и повышения их продуктивности.

Практическая значимость и реализация полученных результатов. Установленные положения и закономерности позволяют на научной основе совершенствовать приемы и системы основной обработки почвы, а также технологии предпосевной подготовки почвы и посева. Предложенные приемы способствуют экономии энергетических и трудовых ресурсов, а также повышению производительности труда и урожайности сельскохозяйственных культур.

Результаты полевых опытов и теоретических разработок нашли отражение в книгах «Система устойчивого ведения сельского хозяйства Оренбургской области» (Оренбург, 1999) и «Сохранение и повышение плодородия почв в адаптивном земледелии Оренбургской области (Оренбург, 2002).

Результаты исследований прошли производственную проверку, нашли широкое применение на территории ООО СХП «Время», ООО «Колос», СПК Агрофирма «Заветы Ленина», КФХ «Труд» и в других хозяйствах Оренбургской области. Полученные данные используются кафедрой земледелия ОГАУ при проектировании систем земледелия для хозяйств области, а также в учебном процессе при подготовке специалистов и аспирантов по специальности «Земледелие».

Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались на региональных конференциях ученых Урала и Поволжья (Пенза, 1992; Оренбург, 1994), на Всероссийском научно-техническом семинаре (Оренбург, 1994), на съезде Всесоюзного общества почвоведов (Ташкент, 1995), международных и межрегиональных научно-практических конференциях (Оренбург, 1995, 2000, 2003, 2004, 2006, 2007, 2008; Санкт-Петербург, 2002; Самара, 2005; Курган, 2006; Орал, 2006).

Основные положения диссертации опубликованы в 41 научной статье в журналах «Вестник РАСХН», «Земледелие, «Плодородие», «Экономика сельского хозяйства», «Зерновое хозяйство России», «Известия Оренбургского государственного университета», в межвузовских сборниках, научных трудах ОГАУ и ГНУ ОНИИСХ РАСХН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству. Работа изложена на 295 страницах компьютерного текста, содержит 110 таблиц в тексте и 35 в приложении, 23 рисунка и 5 фотографий. Список литературы включает 437 источников, из них 32 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние проблемы. В первой главе диссертации на основании анализа литературных источников проводится обоснование выбранного направления исследований по изучению влияния приемов, глубин и систем обработки почвы на водный режим почвы, ее почвозащитные и агрофизические свойства, на фитосанитарное состояние полей, а также оценка их с позиций ресурсосбережения. Приведенный краткий обзор литературы свидетельствует о нерешенности в полной мере проблемы сохранения почвы, накопления влаги в почве и ее эффективного использования, борьбы с сорняками в ресурсосберегающих технологиях. Остаются дискуссионными вопросы об уровне минимизации основной обработки почвы, месте и кратности глубокой, мелкой и нулевой обработок, вспашки и безотвального рыхления в различных видах севооборотов.

Характеристика природных условий. Степная зона Южного Урала подразделяется на степную и сухостепную Заволжскую и Казахстанскую провинции умеренного пояса и включает около 80% территории Оренбургской, более половины Челябинской, и 10% Курганской областей.

Климат Заволжской степной провинции средне континентальный (К = 190-200). Сумма температур (Т = 2200-2800 ⁰С). Период вегетации составляет 140-160 дней. Безморозный период короче на 10 дней. Провинция очень засушлива (КУ = 0,70-0,66). Биоклиматический потенциал (БК-92-137). Сумма годовых осадков - 300-400 мм. Континентальность и засушливость климата нарастает с северо-запада на юго-восток с продвижением из Заволжской степной в Казахстанскую степную и сухостепную провинции. Климат Казахстанской степной провинции средне и резко континентальный (К = 200-225); сухостепной - резко континентальный (К = 206-230), средне и ниже среднего обеспечен теплом (СТ = 2000-2400⁰С и СТ = 2200-2700 ⁰С). Основной период вегетации составляет 130-140 и 150-160 дней, безморозный - короче на 10-12 дней. Провинции соответственно засушливая и полузасушливая (КУ = 0,44-0,77), и очень засушливая (КУ = 0,33-0,44). Осадков за год выпадает 250-350 мм. БК-65 - в сухостепной и 89 - в степной провинциях.

Условия и методика исследований. Экспериментальные работы выполнялись в Оренбургской области в 1988-2005 гг. на черноземе южном (опытное поле Оренбургского государственного аграрного университета - ОГАУ), на черноземе обыкновенном (ООО «МТС-Агро» ОГАУ и ООО «Колос» Красногвардейского района Оренбургской области).

Производственные испытания и внедрение полученных результатов осуществлялись в хозяйствах Оренбургского, Красногвардейского, Саракташского, Новосергиевского, Домбаровского районов Оренбургской области и охватывали по существу все почвенно-климатические зоны рассматриваемого региона.

Почва опытного поля чернозем южный среднемощный карбонатный тяжелосуглинистый, перед началом исследований в слое 0-30 см характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса - 4,4%; рН-7,8; N-NO₃ - 10,2 мг/100 г; N-NН₄ - 4,5 мг/100 г; P₂O₅ - 4,5 мг/100 г; K₂O - 35 мг/100 г.

Почва ООО «МТС-Агро» - чернозем обыкновенный слабосмытый малогумусный маломощный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса 5,4%, подвижного фосфора - низкое (9,0 мг/кг почвы), обменного калия - высокое (39 мг/кг почвы).

Почва ООО «Колос» - чернозем обыкновенный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса 6,9%, подвижного азота (N-NО₃) 13,5 мг на 100 г почвы, легкогидролизуемого азота 4,8 мг, подвижного фосфора (Р₂О₅) 3,2 мг, обменного калия (К₂О) 32,7 мг на 100 г почвы. Высокая карбонатность почв обуславливает щелочную реакцию почв.

Водно-физические свойства черноземов вполне благоприятны для большинства сельскохозяйственных культур, особенно для зерновых. Содержание гумуса и гранулометрический состав дают основание считать, что почвы не нуждаются в частом рыхлении для подержания оптимальной плотности сложения.

Погодные условия в годы исследований за период 1988…2005 гг. в полной мере охватили всю совокупность и разнообразие климатических особенностей региона. Крайней засушливостью выделялся 1995 год, когда сумма осадков за сельскохозяйственный год составила всего 227 мм, за период май-сентябрь - 76 мм, ГТК по Селянинову 0,22, число дней с относительной влажностью воздуха 30% и ниже достигло 86. Засушливыми были также 1996, 1998, 2001 годы, характеризовавшиеся значительным дефицитом осадков в вегетационный период, высокими температурами воздуха, интенсивным развитием почвенной и воздушной засухи, а, отсюда, и никой урожайностью сельскохозяйственных культур. Значения ГТК в эти годы составили соответственно 0,28; 0,19 и 0,29, при норме 0,68. Засушливыми, но с большим количеством осадков за сельскохозяйственный год, чем в вышеуказанные были 1988, 1991, 1992 и 1999 годы, с ГТК в соответствии годам 0,43; 0,39; 0,58 и 0,45. Влажными были 1990, 1993, 1997 и 2000 годы, когда за год выпали соответственно 487, 455, 436 и 486 мм осадков, при норме 367 мм, а ГТК - соответственно 0,92; 0,74; 0,97 и 1,03. Влажными, когда суммы осадков за год превышали норму на 43, 59, 31 и 33 мм, были соответственно 2002, 2003, 2004 и 2005 годы.

Сравнение среднемноголетних значений агроклиматических показателей со средними значениями за 1988-2005 годы по основным зонам Оренбургской области показало, что на 8-13 дней увеличилась продолжительность периода с температурой выше 5°C, и на 83-214^о - сумма температур выше 5°C. Особенно тепло стало в Центральной зоне. Это притом, что сумма осадков за с.-х. год осталась на уровне среднемноголетних значений, а количество осадков за вегетационный период уменьшилось на 25 мм. Это привело к увеличению аридности Центральной зоны. Противоположная ситуация сложилась в Восточной зоне. Здесь осадков за год в среднем за 1988-2005 годы выпало на 61 мм больше нормы, а за период май-сентябрь - на 25 мм. В Западной зоне сумма осадков за вегетационный период оказалась на 13 мм меньше нормы, а сумма осадков за сельскохозяйственный год увеличилась, в сравнении со среднемноголетним значением на 22 мм. Средние значения ГТК за 1988-2005 гг. во всех зонах области стали меньше, по сравнению со среднемноголетними показателями, за исключением Западной зоны, где этот показатель стал на 0,08 ед. больше.

Из выше изложенного следует, что в сложившихся погодных условиях особое значение приобретают способы обработки почвы и технологии, способствующие накоплению осенне-зимних осадков и рациональному использованию запасов влаги.

Исследования (опыт №1) по совершенствованию систем обработки почвы в зернопаропропашном и зернопаровом севооборотах проводились в многофакторном стационарном опыте по схеме представленной в таблице 1. В опыте в пару вносилась полная норма органических и минеральных удобрений: 50 т/га навоза - под основную обработку и N₉₀P₉₀K₆₀ - дробно: N₆₀P₆₀K₆₀ при первой культивации пара сеялкой СЗС-2,1Л на глубину 12-14 см, Р₃₀ при посеве и N₃₀ при весенней подкормке посевов озимых. Под твердую и мягкую пшеницу проводилось только стартовое внесение минеральных удобрений в норме N₁₀P₁₀. Схемы других 5 опытов приводятся в автореферате по ходу изложения материала диссертации.

Эксперименты проводились в строгом соответствии с требованиями методики полевого опыта (Б.А. Доспехов, 1968, 1979; Е.А. Аринушкина, 1970 и др.). Подробное описание методик и программ приведено в диссертации и опубликованных работах. Результаты экспериментов подвергнуты математической обработке методом дисперсионного и корреляционного анализа.

Таблица 1

Схема многолетнего многофакторного стационарного полевого опыта №1

Примечание: В - вспашка, Б - безотвальное рыхление почвы стойками СибИМЭ, П - плоскорезное рыхление.

Научные основы ресурсосберегающей обработки почвы

Физические параметры плодородия черноземов

Плотность почвы. Использование ресурсосберегающих способов обработки почвы в качестве приема приводит к уплотнению пахотного слоя, по сравнению с отвальным. Весной на вспашке плотность почвы колеблется в пределах 1,06…1,13 г/см³, а на вариантах без осенней обработки - 1,15…1,22 г/см³. Значения объемной массы почвы при плоскорезной обработке занимают промежуточное положение между ними. Любой прием обработки, проведенный по вспашке, обеспечивает более рыхлое, чем по другим фонам, сложение почвы. Поэтому почва при обработке ее плугом по плоскорезу рыхлее чем, например, по нулевому фону. Глубокие обработки, по сравнению со средними и мелкими, обеспечивают более рыхлое сложение не только 20-30 см слоя, но и верхних слоев. Отсюда, наиболее разрыхляющее действие на пахотный слой оказывает глубокая вспашка. Она, кроме того, устраняет резкую дифференциацию пахотного слоя почвы по плотности, характерную для вспашки и рыхления на среднюю глубину. В последних случаях плотность 20-30 см слоя превышает плотность вышележащего слоя на 0,07…0,10 г/см³, а при глубоких рыхлениях разница составляет всего 0,03 г/см³. Различия по плотности этих слоев уменьшается до 0,01…0,02 г/см³ при нулевых и мелких обработках, но при более высоких значениях объемной массы.

В результате чизелевания почвы происходит, «сглаженное» по слоям рыхление пахотного слоя, обеспечивающее плотность слоев 0-10, 10-20 и 20-30 см по вспашке на уровне 1,09; 1,19 и 1,20 г/см³ соответственно, а по нулевой - 1,08; 1,21 и 1,23 г/см³. Следует отметить, что на следующий год при всех способах обработки слой 20 - 30 см после чизеля уплотняется больше, чем по другим фонам. Видимо, механическая обработка подпахотного слоя нарушает монолитность естественного сложения почвы и структурные связи между почвенными агрегатами, а под влиянием естественных факторов происходит перемещение структурных отдельностей, что сопровождается усадкой почвенных слоев и уплотнением, превышающим исходное, которое усугубляется воздействием машинотракторных агрегатов. Подпахотный и длительно необрабатываемый нижний пахотный слой, находящиеся в достаточно плотном состоянии, лучше противостоят уплотняющему воздействию техники.

После посева культур под действием естественных факторов, происходит уплотнение почвы, и к уборке объемная масса достигает максимальных величин. Причем она больше уплотняется на вспашке и глубоком рыхлении (на 0,04-0,14 г/см³), чем на вариантах с мелким рыхлением и нулевой обработкой (на 0,03 г/см³). Плотность почвы подвержена сезонной динамике, общий характер которой имеет два ярко выраженных экстремальных значения - одного максимума в конце лета (август - сентябрь) и одного минимума весной, затем изменения плотности повторяются. Периодическое разуплотнение слоев 10-20 и 20-30 см за весенне-летний период не нарушает общий характер сезонных изменений.

Большой научный и производственный интерес представляет вопрос о влиянии длительного применения поверхностной и нулевой обработок на плотность сложения пахотного слоя. В литературе по этому вопросу мнения противоречивы. На снижение плотности сложения пахотного слоя при длительной минимальной обработке почвы указывает Н.К. Шикула (1990), прямого посева - Н.С. Матюк (1999). К противоположному выводу приходят в своих исследованиях Г.И. Казаков (1997) и О.Ю. Горячев (1999). По их данным, плотность 0-30 см слоя на необработанных делянках со временем становится выше, чем на вспашке. Причем разница тем выше, чем продолжительнее период времени после вспашки.

В наших опытах увеличение значений средней плотности почвы при применении ресурсосберегающих приемов происходит до определенного уровня и стабилизируется (рис. 1).

Рис. 1. Динамика средней плотности почвы весной, после посева, в зависимости от применяемых систем обработки в зернопаропропашном севообороте

Но при этом в паровом звене зернопаропропашного севооборота (1 ротация) даже при крайнем уровне минимизации обработки (16 вариант) плотность слоев 10-20 и 20-30 см не превышает значений 1,22-1,23 г/см³ (табл. 2). В пропашном звене объемная масса этих слоев почвы после кукурузы резко возрастает и весной на нулевом варианте достигает - 1,29 г/см³. К концу ротации зернопарового севооборота плотность слоев 10-20 и 20-30 см под ячменем была соответственно на 0,05 и 0,02 г/см³ ниже, чем в конце ротации зернопаропропашного севооборота. Причина - отсутствие в севообороте кукурузы. Но возможно, это является подтверждением положения о снижении плотности сложения почвы при длительном использовании минимальной обработки. Окончательный вывод можно будет сделать после завершения третьей ротации севооборота. Хотя уже сейчас можно сказать о тенденции снижения в опыте плотности почвы при систематическом применении ресурсосберегающих обработок.

Таблица 2

Плотность чернозема южного (г/см³) в различных звеньях севооборота после посева в зависимости от систем основной обработки почвы

Установлены интервалы оптимальных значений плотности для различных культур. И, как видно из данных таблицы 3, для яровых ранних культур он примерно одинаков, но для ячменя несколько шире, что говорит о высокой толерантности этой культуры. Наиболее жесткие требования к плотности сложения предъявляет кукуруза. Для нее интервал значений гораздо уже, а верхний предел оптимальной плотности значительно ниже, чем для зерновых культур.

Таблица 3

Оптимальная плотность (г/см³) чернозема южного для различных сельскохозяйственных культур

Саморазуплотнение чернозема южного. Установлено, что чернозем южный обладает высокой способностью к саморазрыхлению. Активное разуплотнение почвы происходит в интервале 1,26-1,30 г/см³. При достижении величины 1,32 г/см³ (критического порога уплотнения - КПУ по И.В. Кузнецовой и В.И. Даниловой) почва за один сезон (осень - весна) не способна разуплотниться до равновесной величины. Сверх КПУ почва уплотняется в пропашном звене, в связи с многократными обработками до и после посева, но особенно в период уборки кукурузы. Поэтому весной плотность почвы на нулевом фоне остается на уровне 1,29 г/см³. Это приводит к снижению урожайности зерновых культур на 0,15-0,20 т/га.

Для устранения избыточного уплотнения пахотного слоя необходимо провести рыхление минимум на 20 см. Равновесная плотность чернозема южного.

Определение и прогноз равновесной плотности является важной и актуальной задачей в практике обработки почвы, управления водным режимом полей и разработки оптимальной технологии выращивания культур. Поэтому нельзя не признать оправданность определения равновесной плотности, как константы, характерной для конкретной почвы.

Многочисленные определения плотности почвы весной после посева ранних яровых культур на вариантах с повторным (2-3 года) проведением нулевых и поверхностных обработок и их чередованием, а также то, что до этих значений наиболее часто происходит разуплотнение почвы, дают основание утверждать, что равновесная плотность 10-20 см и 20-30 см слоя чернозема южного соответственно равна 1,23 и 1,24 г/см³.

В пользу этого говорит и величина плотности почвы на поле с многолетними травами на 4-6 год их жизни (табл. 4).

Таблица 4

Динамика плотности (г/см³) почвы весной под многолетними травами (А.В. Кислов, А.П. Долматов, Опытное поле ОГАУ, 2003)

Очевидно, что верхний слой почвы весной при посеве подвергается обработке, поэтому не достигает равновесной плотности. В связи с этим значения объемной массы 0-10 см слоя почвы не берутся во внимание при установлении равновесной плотности пахотного слоя. Тогда как на поле с многолетними травами плотность этого слоя равна равновесной и может быть использована при расчетах. Отсюда средняя равновесная плотность пахотного слоя чернозема южного составляет 1,24 г/см³.

Между плотностью почвы и урожайностью культур установлена достаточно тесная корреляция (от - 0,444 до - 0,842). Уплотнение слоев 10-20 и 20-30 см весной свыше 1,24 г/см³ ведет к снижению урожая зерновых культур, выше 1,18 г/см³ - кукурузы. Оптимальную плотность для кукурузы обеспечивает глубокая вспашка. При повышении плотности свыше обозначенного значения, а это происходит даже при безотвальном рыхлении почвы стойками СибИМЭ, урожайность кукурузы падает на 16-23%.

Строение пахотного слоя почвы. Общая пористость пахотного слоя снижалась с увеличением плотности почвы, но оставалась в пределах 55 - 58%, и только на нулевой обработке в отдельные годы снижалась до 52%, а некапиллярная пористость - до 9,5%. Однако зерновые культуры вероятнее всего не ощущали недостатка воздуха, поскольку пористость аэрации превышала некапиллярную пористость в 2 и более раза.

Биологические и агрохимические показатели плодородия почвы. Биологическая активность чернозема южного. Численность микроорганизмов и их активность в том или ином слое почвы определяется количеством пищи (органической массы) для них, поэтому при бесплужных способах обработки наиболее биологически активным является верхний 0-10 см слой почвы. Безотвальные способы основной обработки почвы приводят к биологической разнокачественности пахотного слоя чернозема южного, с постепенным угасанием микробиологической активности с поверхности в глубь горизонта, характерной для целинных почв. При вспашке формируется пахотный горизонт с наиболее высокой микробиологической активностью среднего 10-20 см слоя почвы и наименьшей - верхнего 0-10 см слоя.

Из способов ухода за паром наибольшую микробиологическую активность пахотного слоя почвы обеспечивает влагосберегающий, заключающийся в культивациях поля на постоянную глубину 6-8 см. Количество микроорганизмов, их активность зависит от влажности и температуры почвы, отсюда наибольшую активность бактерии и грибы проявляют в период года конец весны - начало лета.

Дифференциация пахотного слоя почвы по агрохимическим показателям плодородия. В свое время в научной литературе шла дискуссия о направленности почвообразовательного процесса при прекращении вспашки. Диапазон мнений был широким от резкого снижения накопления гумуса при минимальных обработках почвы (А.Ф. Витер, 1990) до признания восстановления естественного почвообразовательного процесса (Н.К. Шикула, 1990). Основным критерием для оценки служила динамика гумуса.

В наших опытах минимизация основной обработки сопровождалась повышением содержания гумуса в почве (табл. 5). Приращение его запасов в пахотном слое происходило за счет верхнего 0-10 см и среднего 10-20 см слоев, тогда как в нижнем 0-30 см слое содержание гумуса снижалось. При ежегодной вспашке запасы гумуса в пахотном слое снизились на 0,19%.

Таблица 5

Изменение плодородия пахотного слоя чернозема южного за 12 лет под действием различных систем обработки почвы

При минимальной системе обработки отмечалась преимущественная локализация питательных веществ в верхнем слое, при общем увеличении их содержания в пахотном слое почвы.

Почвозащитные свойства чернозема южного. Минимизация обработки почвы повышает в пахотном слое почвы, в сравнении со вспашкой, содержание структурных агрегатов на 6,6-9,8%, и количество ветроустойчивых агрегатов - на 6,5-9,9%, причем увеличение идет в строгом соответствии с уровнем минимизации - от отвальной системы обработки почвы (1 вариант) к варианту с шестью нулевыми обработками (16 вариант).

Засоренность посевов. Тщательный уход за паровым полем позволяет уменьшить в верхнем слое почвы количество семян и вегетативных органов размножения сорных растений, что нивелирует действие основной обработки почвы. Поэтому, а также из-за высокой конкурентоспособности культуры, на озимых малолетние сорняки отсутствовали на всех вариантах опыта, а количество многолетников увеличивалось от вспашки к мелкому рыхлению (табл. 6).

Таблица 6

Засоренность посевов (шт./м²) в фазу кущения зерновых культур в зависимости от систем обработки почвы в зернопаропропашном севообороте (в числителе - количество малолетников, в знаменателе - многолетников)

В посевах твердой и мягкой яровой пшеницы просматривается четкая закономерность - количество малолетних сорняков уменьшается по мере снижения интенсивности обработки почвы, а многолетних, наоборот, увеличивается. Первое можно объяснить тем, что при плоскорезных обработках накопление семян сорных растений происходит преимущественно в верхней части пахотного слоя, где создаются лучшие условия для их прорастания и последующего уничтожения проростков при паровании. Это способствует более эффективному снижению валовых запасов семян сорняков в почве и снижению потенциальной засоренности. Сохранение естественного расположения почвенных слоев при повторных безотвальных обработках под твердую пшеницу обеспечивает меньшую засоренность ее посевов малолетними сорняками, в то время как при вспашке вынос богатого семенами сорняков нижнего горизонта к поверхности инициирует соответственно наибольший уровень засоренности. Увеличение количества многолетних сорняков при использовании плоскорезных, мелких и нулевых обработок, в сравнении со вспашкой, объясняется более высокой эффективностью последней в борьбе с многолетниками.

Обозначенная выше закономерность изменения засоренности посевов под влиянием приемов основной обработки почвы проявляется на всех культурах зернопаропропашного севооборота, за исключением кукурузы на силос. В последнем случае предпосевные культивации, а также боронования до и после всходов кукурузы позволили выровнять засоренность малолетними сорняками. Численность же многолетников возрастала на безотвальных фонах в 1,5-2,5 раза в сравнении со вспашкой, особенно сильно на чизельной, где не было сплошного подрезания корневой системы во время основной обработки.

В пропашном звене севооборота после кукурузы на безотвальных фонах возрастала засоренность не только многолетними сорняками, но и малолетними, так как они ко времени уборки успевали обсемениться.

По-разному влияли системы обработки почвы на засоренность полей. Наиболее чистые от сорняков поля удавалось поддерживать при ежегодной разноглубинной вспашке. При комбинированной системе обработки почвы количество многолетников на полях увеличивалось в 1,4-2,0 раза по отношению к контролю. Включение в систему мелких и нулевых обработок приводит к еще большему засорению полей. Поэтому в замыкающем поле севооборота (ячмень) наиболее засоренными были посевы на 16 варианте, где под все я...