Сохранение и воспроизводство плодородия черноземов в ресурсосберегающих технологиях полевого кормопроизводства на Южном Урале

Размещено на http://www.allbest.ru/

Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Сохранение и воспроизводство плодородия черноземов в ресурсосберегающих технологиях полевого кормопроизводства на Южном Урале

Специальность: 06.01.03 - агропочвоведение, агрофизика

Каипов Яхия Зайнуллович

Уфа - 2007

Работа выполнена в Башкирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства.

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ и РБ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Гарифуллин Ф.Ш.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Мукатанов А.Х., доктор сельскохозяйственных наук Азанова - Вафина Ф.Г., доктор сельскохозяйственных наук Нурмухаметов Н.М.

Ведущая организация: Институт степи УрО РАН (г. Оренбург).

Защита состоится в декабре 2007 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.003.01 в Башкирском государственном аграрном университете по адресу: 450001, г. Уфа, ул. 50 лет Октября, 34.

Просим Вас принять участие в работе совета или прислать письменный отзыв о данном автореферате (в двух экземплярах, заверенных печатью).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан 17 сентября 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.А.Печаткин

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Черноземы на Южном Урале имеют наибольшее распространение среди типов почв. Общая площадь пахотных черноземных почв составляет около 11 млн. га или 77 % от площади пашни. На территории региона встречаются все основные подтипы черноземов: лесостепные (оподзоленные, выщелоченные и типичные) и степные (обыкно-венные и южные). Преобладающими в почвенном покрове пахотных угодий являются черноземы выщелоченные, которые занимают на Южном Урале 21 % в целом и в Башкортостане 28 % от общей площади пашни (Гарифуллин, Ишемъяров, 1987).

За последние десятилетия вследствие интенсивной эксплуатации черноземов лесостепной и степной зоны Южного Урала произошло заметное снижение уровня их эффективного плодородия. В пахотных почвах отмеча-ется отрицательный баланс гумуса и питательных элементов, гумусовый горизонт утрачивает благоприятный структурно-агрегатный состав, ухудшаются водно-физические свойства (Мукатанов, 1992).

Одним из главных противоречий, требующих разрешения в современных технологиях, является несоответствие темпов роста затрат антропогенной энергии на производство растениеводческой продукции и аккумулированной биологической энергии в урожае и в органической части почвы. Это несоответствие чревато опасностью усиления деградации земельных ресурсов и почв. В целях поиска путей сокращения затрат энергии выделены наиболее энергозатратные статьи технологий. К ним относятся обработка почвы, на которую приходится примерно половина энергетических затрат и внесение минеральных удобрений, "поглощающее" от 25 до 45 % общих энергозатрат. Разработка энергосберегающих систем обработки почвы и удобрения позволит не только снизить материальные и энергетические затраты на производство растениеводческой продукции, но и оптимизировать агрофизические и другие свойства почв.

В своих 18-летних исследованиях, проведенных в Башкирском госагроуниверситете и Башкирском НИИСХ, мы затронули вышеназванные вопросы и постарались вносить научный вклад в их решение.

Цель и задачи исследования. Целью исследований было установление влияния кормовых севооборотов, системы удобрения, обработки на гумусовое состояние и агрофизические свойства выщелоченного и обыкновенного черноземов на богаре и при орошении в условиях степной зоны Южного Урала; разработка агротехнических приемов возделывания кормовых культур в севооборотах, обеспечивающие высокую продуктивность пашни, сохранение и воспроизводство плодородия почвы.

Для осуществления указанной цели предусматривалось решение следующих задач:

1. Установить влияние рекомендуемых и расчетных доз удобрений, обычной и минимальной обработки на агрофизические свойства почвы.

2. Выявить возможность снижения доз азотных удобрений посредством накопления биологического азота в бобово-злаковых травостоях.

3. Выявить влияние боронования, сроков и частоты скашивания многолетних трав на их продуктивное долголетие.

4. Определить влияние исследуемых агроприемов и в целом севооборотов на плодородие почвы.

Основные положения, выносимые на защиту:

- на высокоплодородных выщелоченных и обыкновенных черноземах Южного Урала с оптимальными агрофизическими свойствами при соблюдении научно-обоснованных систем полевого кормопроизводства - севооборотов, удобрений, обработки почвы, регулирования водного режима, способов использования посевов - обеспечивается высокая, биоклиматически обусловленная продуктивность пашни.

- в условиях естественного увлажнения для достижения бездефицитного баланса гумуса в пахотном слое выщелоченного чернозема в 7-8- польных лугопастбищных и 5-6- польных прифермских севооборотах необходимо применять рекомендуемые дозы удобрений. В орошаемых прифермских севооборотах расчетные дозы удобрений обеспечивают бездефицитный (5-польный) и положительный (6-польный) баланс гумуса. В орошаемых лугопастбищных севооборотах достигается бездефицитный баланс гумуса и на фоне без удобрения, в условиях применения расчетных доз - расширенное воспроизводство запасов гумуса. Применение рекомендуемых доз удобрений на богаре, расчетных доз - при орошении способствует формированию положительного баланса гумуса в обыкновенных черноземах в лугопастбищном севообороте.

- основные агрофизические свойства выщелоченных и обыкновенных черноземов эффективно регулируются в системах севооборотов и обработки почвы. Для улучшения агрофизических свойств необходимо освоить интенсивные лугопастбищные и прифермские севообороты, применять преимущественно безотвальные и комбинированные обработки почвы. В системе отвальной обработки применять умеренную минимализацию путем уменьшения глубины рыхления по сравнению с обычной вспашкой. При орошении агрофизические свойства выщелоченных черноземов остаются стабильными, обыкновенных черноземов - несколько улучшаются.

- продуктивность кормовых севооборотов на обыкновенных черноземах в условиях Южного Урала повышается при возделывании бобово-злаковых травостоев многолетних трав, применении на них ранневесеннего боронования, двухкратного скашивания. Достигается экономия дорогостоящих азотных удобрений за счет использования биологического азота.

Научная новизна:

- теоретически обоснованы и разработаны наиболее продуктивные кормовые севообороты интенсивного типа, обеспечивающие высокий сбор кормового сырья на богаре и орошении в условиях Зауральской степи Республики Башкортостан.

- установлена направленность влияния элементов системы кормопроизводства - севооборотов, удобрения, обработки почвы, приемов ухода за посевами - на гумусное состояние, агрофизические свойства наиболее распространенных черноземов степи Южного Урала, кормовую продуктивность пашни.

- впервые в условиях зоны исследований изучено влияние комплекса агротехнических мероприятий на свойства и плодородие выщелоченных и обыкновенных черноземов в масштабе кормовых севооборотов одновременно на богаре и орошении, что дает возможность корректировать режим орошения в зависимости от состояния почвы и продуктивности севооборотов.

- показана возможность формирования биоклиматически обоснованных программируемых урожаев культур в отдельности и в целом по кормовым севооборотам с использованием расчетных доз удобрений и орошения.

- разработана система минимальной обработки выщелоченных и обыкновенных черноземов с оптимальными агрофизическими свойствами на основе уменьшения глубины вспашки под культуры лугопастбищных и прифермских севооборотов на богаре и при орошении.

Практическая значимость и реализация полученных результатов.

Основные результаты исследований вошли в «Почвозащитные системы земледелия (учебное пособие)» (Ульяновск, 1989); «Технология залужения деградированной пашни (рекомендации)» (Уфа, 1999); «Агротехнические рекомендации по возделыванию кормовых культур в Республике Башкортостан (рекомендации)» (Уфа, 2001); «Возделывание кормовых культур на орошаемых землях Башкортостана (рекомендации)» (Уфа, 2002); «Адаптивные технологии кормопроизводства в Башкортостане (рекоменда-ции)» (Уфа, 2004); «Технология возделывания козлятника восточного в Республике Башкортостан (рекомендации)» (Уфа, 2005); «Высокопродуктив-ные кормовые севообороты для степной зоны Башкортостана (рекомендации)» (Уфа, 2006).

Разработанные приемы прошли производственную проверку и внедрены в ОПХ "Абзелиловское", ОПХ "Баймакское", народном предпри-ятии «Заветы Ильича» Абзелиловского района на общей площади 3500 га.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на республиканских научно-практических конференциях: «Роль молодых ученых и специалистов в ускорении НТП в сельскохозяйственном производстве» (Уфа, 1986); «Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов» (Уфа, 1987); на региональных научно-практических конференциях «Научные основы и практические приемы повышения плодородия почв Урала и Поволжья» (Уфа, 1988), «Агро - 2001» (Уфа, 2001); «Резервы повышения эффективности агропромышленного производства» (Уфа, 2004); на всероссийских научно-практических конференциях: «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003); «Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (Уфа, 2005); «Сельскохозяйственная наука Республики Мордовия: Достижения, направления развития» (Саранск, 2005); «Пути решения экологических проблем в сельскохозяйственном производстве Урала» (Екатеринбург, 2006); на международных научно-практических конференциях: «Актуальные проблемы развития прикладных исследований и пути повышения их эффективности в сельскохозяйственном производстве» (Казань, 2001); «Перспективы развития производства продовольственных ресурсов и рынка продуктов питания» (Уфа, 2002).

Публикация результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 32 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 231 страницах компьютерного текста, содержит 56 таблиц, 9 рисунков. Список использованной литературы включает 380 наименований, в т.ч. 7 иностранных.

1. Условия и методика проведения исследований

Исследования проводили на экспериментальной базе учхоза БГАУ (1986-1988 гг.), в ОПХ "Абзелиловское" и ОПХ "Баймакское" БНИИСХ (1992-2005 гг.). По почвенно-климатическим условиям, рельефу районы исследований типичные для Южного Урала. В учхозе БГАУ опытное поле расположилось на юго-восточном склоне крутизной 3-5 ⁰, в лесостепном ландшафте (Южная лесостепь Башкортостана), почва - чернозем выщелоченный тяжелого гранулометрического состава. Проводился полевой опыт «Влияние способов обработки почвы на плодородие эродированных земель и урожайность сельскохозяйственных культур в севообороте». На данном участке был развернут в пространстве 6-польный зернопаропропашной севооборот: пар - озимая рожь - яровая пшеница - кукуруза - яровая пшеница - ячмень. Изучалось 3 способа обработки почвы: вспашка на глубину 25-27 см с предварительным лущением, бесплужная - обработка КПЭ-3,8 на глубину 6-8 см и рыхление КПГ-2,2 на глубину 25-27 см с предварительным лущением, комбинированная - плоскорезная обработка КПГ-2,2 на глубину 25-27 см и один раз в севообороте после кукурузы вспашка на глубину 25-27 см.

Полевой опыт «Изучение различных схем орошаемых лугопастбищных и прифермских севооборотов для зеленого и сырьевого конвейеров в условиях Зауралья Башкортостана» проводился в ОПХ "Абзелиловское" БНИИСХ. Почва опытного поля была представлена черноземом выщелоченным тяжелого гранулометрического состава: содержание гумуса в пахотном слое - 7,5-8,2 %, подвижного фосфора - 8,5 мг, обменного калия - 15 мг на 100 г почвы, рН - 5,8. травостой бобовый злаковый севооборот

На делянках первого порядка (S = 972 м²) изучали 5 кормовых севооборотов:

№ 1 - 7-польный лугопастбищный:

1-5 - многолетняя злаковая травосмесь (контрольное звено);

6 - ячмень, пожнивно рапс на зеленый корм;

7 - вика + овес на на сенаж, сено, поукосно суданская трава на выпас.

№ 2 - 7-польный лугопастбищный:

1-5 - многолетняя бобово-злаковая травосмесь;

6 - кукуруза на зеленый корм или силос;

7 - просо на сено, поукосно суданская трава на выпас.

№ 3 - 8-польный лугопастбищный:

1-4 - многолетняя злаковая травосмесь;

5- многолетние травы, поукосно озимая рожь;

6 - озимая рожь на зеленую массу, поукосно суданская трава;

7 - подсолнечник+горох, поукосно рапс на зеленую массу, выпас;

8 - ячмень +овес, поукосно просо на зеленую массу, сено.

№ 4 - 6-польный прифермский:

1 - вика+овес на зеленую массу, поукосно вика+овес на зеленую массу; 2 - могар + люцерна на сенаж, сено;

3-5 - люцерна на зеленый корм, сено, выпас;

6 - вика+овес на зеленую массу, сено, поукосно рапс на зеленую массу.

№ 5 - 5-польный прифермский:

1 - кукуруза на силос, поукосно озимая рожь;

2 - озимая рожь, поукосно вика+овес на зеленую массу ;

3 - вика+овес , поукосно вика+овес на зеленую массу, сенаж;

4 - могар на зеленую массу + донник ;

5 - донник первого года пользования.

На делянках второго порядка (S = 27 м х 9 м - 243 м²) изучали влияние рекомендуемых и расчетных доз минеральных удобрений на урожайность культур севооборотов и плодородие почвы. Севообороты и удобрения изуча-ли на двух фонах - без орошения и с орошением. Опытные делянки поливали дождевальной машиной фронтального действия ДКШ-64 «Волжанка». Сроки и нормы полива назначались исходя из расчета поддержания влажности 0-70 см слоя почвы на уровне не ниже 70-75 % НВ.

Полевой опыт «Разработка системы удобрения и обработки почвы в лугопастбищном и прифермском севооборотах при орошении в условиях Зауралья РБ" проводился в 2000-2005 гг. в ОПХ "Баймакское" БНИИСХ. Почва - чернозем обыкновенный тяжелого гранулометрического состава, с агрохимическими показателями в пахотном слое: содержание гумуса 7,5-7,8%; подвижного фосфора - 13, обменного калия - 17 мг на 100 г почвы и рН 6,5. В обоих хозяйствах опытные поля представлены предгорной степью с равнинным рельефом,

На делянках первого порядка (S = 620 м²) размещались культуры севооборотов. Методом расщепления были сформированы делянки второго порядка для изучения орошения (S = 310 м²), третьего порядка - для системы основной обработки почвы (43 х 3,6 = 155 м²), четвертого порядка - системы удобрения (14,3 х 7,2 = 103 м²). В опыте осваивали два перспективных кормовых севооборота, отобранных в предыдущем этапе исследований: 7-польный лугопастбищный севооборот (многолетние травы 1-5 г.г. жизни - ячмень с поукосным рапсом - вико-овсяная смесь с поукосной суданской травой), 5-польный прифермский (кукуруза - озимая рожь с поукосной вико-овсяной смесью - вика+овес в основном и поукосном посевах - могар+донник - донник второго года жизни ). Влияние удобрения, обработки почвы изучали на фонах без орошения и с орошением. Методика определения сроков и норм орошения аналогична примененной в опыте по изучению кормовых севооборотов. Орошали дождевальной установкой кругового действия «Фрегат». Изучали следующие варианты систем основной обработки почвы: 1. Обычная. 2. Минимальная. Система основной обработки почвы заключалась в следующем.

В лугопастбищном севообороте:

а) обычная обработка почвы :

- под многолетние травы - вспашка на глубину 28-30 см (Всп 28-30 - усл.);

- под ячмень после многолетних трав - дискование БДТ-3 на глубину 8-10 см в два следа, Всп 28-30;

- под вико-овсяную смесь после ячменя - Всп 25-27.

б) минимальная обработка:

- под многолетние травы - Всп 20-22;

- под ячмень по многолетним травам - дискование БДТ-3 на глубину 8-10 см в два следа, Всп 20-22;

- под вико-овсяную смесь - от Всп 16-18 до Всп 20-22 в зависимости от засоренности поля.

В прифермском севообороте:

а) обычная обработка почвы:

- кукуруза - Всп 28-30;

- вика+овес, идущая после озимой ржи - Всп 20-22;

- вика+овес, идущая после вики-овса - Всп 23-25;

- могар+донник после вики-овса - Всп 25-27 ;

б) минимальная обработка :

- кукуруза - Всп 25-27;

- вика+овес, идущая после озимой ржи - Всп 16-18;

- вика+овес, идущая после вики-овса - от Всп 16-18 до Всп 20-22 в зависимости от засоренности поля;

- могар+донник после вики-овса - Всп 23-25.

Под поукосные культуры применялась одинаковая, общепринятая система основной обработки почвы независимо от варианта обработки под предшествующие основные культуры.

В двухфакторном опыте «Эффективность сочетания бобовых трав и азотных минеральных удобрений» изучали количественное сокращение доз азотных удобрений на травостоях с участием бобовых (люцерны) за счет ис-пользования атмосферного азота. На делянках размером 108 м² размещались злаковый (кострец безостый) и бобово-злаковый (люцерна+кострец) траво-стои, возделываемые на фонах удобрений по схеме:

Злаковый травостой:

1. Р₉₀К₁₀₆ - расчетные дозы РК *

2. N₉₄Р₉₀К₁₀₆ - расчетные дозы NРК

3. N₁₆₇Р₉₀К₁₀₆ - полуторная доза N, расчетные - РК.

Бобово-злаковый травостой:

1. Р₉₀К₁₀₆ - расчетные дозы РК

2. N₅₄Р₉₀К₁₀₆ - доза азота уменьшена 50 %

3. N₉₄Р₉₀К₁₀₆ - расчетные дозы NРК

* - приведены средние за 4 года дозы удобрений.

Полевой опыт «Разработка сенокосооборота для сохранения продуктивного долголетия травостоев при интенсивном использовании». На делянках первого порядка (14 м х 7,2 м = 100 м²) с многолетним злаковым травостоем (кострец безостый ) методом расщепления были размещены делянки второго порядка по схеме:

Таблица 1

Вариант	Число скашиваний по годам
	2002	2003	2004	2005
1	2	3	2	2
2	3	2	3	2

Исследования проводили согласно общепринятым методикам. Полученные результаты обрабатывали статистически (Доспехов, 1979; Дмитриев, 1995) с помощью программы Microsoft Excel, statistica for Windows 4.5 и stadia 6.2.

Климат Южного Урала континентальный и характеризуется относительно жарким летом, холодной зимой, резкими суточными и годовы-ми колебаниями температуры, преимущественно недостаточным количес-твом осадков.

Среднегодовая температура воздуха в Южной лесостепи Башкортостана + 2,5 ⁰, сумма температур за период выше 10 ⁰ составляет 2150 ⁰ С. Средняя сумма осадков за год 575 мм. ГТК составляет 1,1-1,2, что характеризует территорию как слабозасушливую. В годы проведения опыта погодные условия различались. 1985 год - несколько повышенное количес-тво осадков (ГТК = 1,26), 1986 - с повышенным увлажнением (ГТК= 1,86), 1987 - с засушливым и жарким вегетационным периодом, 1988 - с прохладным началом и увлажненным концом вегетационного периода (ГТК = 1,14).

Для степной части Южного Урала - Зауральской степи Башкортостана, где проводилась вторая серия опытов, характерна более высокая напряжен-ность климата по сравнению с типичными степями Европейской части РФ. Территория Зауральской степи меньше обеспечена теплом (среднегодовая температура +1,4⁰) по сравнению с Южной лесостепью. Сумма активных температур 2200 ⁰. Сумма осадков за год 355 мм, за 10 ⁰ - ный период 180 мм. ГТК составляет 0,8, что указывает на умеренную засушливость региона (Селянинов, 1958).

Годовая сумма осадков за годы исследований оставалась на уровне среднемноголетних значений - 335-350 мм. Однако увлажнение по годам было неравномерное. 4 года из 10-ти (1996, 1998, 2001, 2005) были засушливыми. В то же время 4 года (1999, 2000, 2003, 2004) были с повышенным увлажнением. 1997 и 2002 годы характеризовались среднемноголетней суммой осадков.

Одной из характерных особенностей черноземов Южного Урала является характер гумификации их профиля. Короткая осень, длительная зима и низкие температуры начала весны способствуют замедлению разложения органических остатков. Это способствует повышению накопления в почве гумуса, по содержанию которого башкирские черноземы существенно превосходят одноименные почвы других областей.

Черноземы Южного Урала имеют вторую отличительную особенность - пониженную мощность гумусового горизонта ( в среднем 60 см) из-за неглубокого промачивания почвы в теплый период и обусловленного этим ограничением глубины сферы микробиологической деятельности.

Тяжелый гранулометрический состав является третьей особенностью исследуемых черноземов.

Выщелоченные и обыкновенные черноземы Южного Урала в пределах Республики Башкортостан обладают достаточным потенциальным плодородием для обеспечения высокой продуктивности пашни. Их эффективное плодородие реализуется на основе рационального использования таких генетически обусловленных свойств, как высокое содержание гумуса, хороший структурно-агрегатный состав, оптимальные равновесная плотность сложения, водопроницаемость и влагоемкость. Однако в условиях бессистемного использования (монокультура, недостаточное применение удобрений, нарушения в агротехнике, допущение эрозии или дефляции) исследуемые черноземы склонны к значительному снижению плодородия.

2. Изменение гумусового состояния и агрофизических свойств черноземов под влиянием севооборотов, систем удобрения и обработки, орошения

В своих исследованиях мы установили, что под влиянием полевого кормопроизводства происходит определенное изменение в гумусовом состоянии выщелоченных и обыкновенных черноземов. На богаре без применения удобрения во всех исследуемых севооборотах содержание гумуса в пахотном слое с течением ротации уменьшилось от 0,20 до 0,41 % по отношению с исходным уровнем. Применение удобрений, создавая условия для формирования более высоких урожаев биомассы, способствовало улучшению баланса гумуса в выщелоченном черноземе. Содержание гумуса в почве к концу ротации севооборотов оставалось практически на уровне исходного состояния, что свидетельствует о стабили-зации баланса органического вещества в почве на фоне рекомендуемых доз минеральных удобрений (табл. 1).

Таблица 2. Влияние севооборотов, удобрений и орошения на содержание гумуса в пахотном слое выщелоченного чернозема (ОПХ "Абзелиловское", 1992-2000гг.)

Севооборот	Вариант	Содержание гумуса, %	Изменение к исходному содержанию
	орошение	удобрение	исходное (1992 г.)	в конце ротации севооборота
					абс.	отн.
7-польный лугопастбищный: многолетние травы- 72,0 %, зерновые -14,0 %, однолетние травы-14,0 %	Без орош.	0	7,13	6,93	-0,20	-2,8
		NРК	8,20	8,20	0	0
	С орош.	0	7,65	7,53	-0,12	-1,6
		NРК	7,82	8,15	+0,33	+4,2
7-польный лугопастбищный: многолетние травы- 72,0 %, кукуруза на силос-14,0%, однол. травы-14,0%	Без орош.	0	7,48	7,11	-0,37	-4,9
		NРК	7,54	7,66	+0,12	+1,6
	С орош.	0	7,43	7,30	-0,13	-1,7
		NРК	7,33	7,53	+0,20	+2,7
8-польный лугопастбищный: многолетние травы-62,0%, озимые на зел.корм-13,0%, однолетние травы-25,0%	Без орош.	0	7,76	7,56	-0,20	-2,6
		NРК	7,87	7,96	+0,09	+1,1
	С орош.	0	7,13	7,00	-0,13	-1,8
		NРК	7,89	8,02	+0,13	+1,6
6-польный прифермский: люцерна на зел. м.-50,0%, однолетние травы- 50,0%	Без орош.	0	7,87	7,46	-0,41	-5,2
		NРК	7,93	8,01	+0,08	+0,1
	С орош.	0	8,22	7,95	-0,27	-3,3
		NРК	7,48	7,73	+0,25	+3,3
5-польный прифермский: кукуруза -20,0%, озимые- 20,0%, донник, однолетние травы-60,0%	Без орош.	0	7,24	6,84	-0,40	-5,5
		NРК	8,14	7,87	-0,27	-3,3
	С орош.	0	7,62	7,16	-0,46	-6,0
		NРК	7,32	7,15	-0,17	-2,3

НСР₀₅ по севооборотам 0,16

НСР₀₅ по удобрениям 0,21

В орошаемых кормовых севооборотах гумусовое состояние чернозема выщелоченного сложилось несколько иначе, чем в условиях богары. В лугопастбищных севооборотах на фоне без удобрения установился близкий к бездефицитному баланс гумуса. На фоне расчетных доз минеральных удобрений установился положительный баланс гумуса в пахотном слое почвы. Превышение содержания гумуса в конце ротации лугопастбищных севооборотов над исходным уровнем составляет 0,20-0,33 %.

На варианте без удобрения в орошаемых прифермских севооборотах за счет улучшения водного режима формируется достаточно высокая урожайность надземной кормовой массы - 47,1 ц/га сухого вещества (СВ) в 6-польном и 50,3 ц/га в 5-польном в среднем за 1993-2000 гг. В условиях отсутствия поступления питательных веществ извне урожаи такого порядка приводили к истощению запасов почвы, в том числе - и гумуса.

Содержание гумуса в почве в конце ротации 6-польного севооборота снизилось на 0,27 %, 5-польного - на 0,46 % к исходному состоянию. Применение расчетных доз удобрений в среднем N₉₅ Р₁₂₅ К₆₅ на 1 га севооборотной площади привело к увеличению содержания гумуса в пахотном слое почвы с 7,48 % в 1992 году до 7,73 % в 2000 году в 6-польном прифермском севообороте. Такая существенная прибавка гумуса объясняется формированием высокой урожайности надземной биомассы ( по севообороту - 72,8 ц/га СВ) и соответственным накоплением корневых остатков культур севооборота, особенно - люцерны.

В 5-польном прифермском севообороте на фоне орошения произошло некоторое ухудшение гумусового состояния чернозема выщелоченного и при внесении расчетных доз минеральных удобрений. К концу ротации севооборота содержание гумуса в пахотном слое уменьшилось на 0,17 % по сравнению с начальным периодом. Этому способствует преобладание в севообороте однолетних культур (три поля из пяти), оставляющих в почве меньшее количество корневых остатков по сравнению с многолетними травами.

Закономерность изменения содержания гумуса в пахотном слое выщелоченного чернозема под влиянием экспериментальных севооборотов повторилась и в обыкновенных черноземах под 7-польном лугопастбищным и 5-польным прифермским севооборотами.

В лугопастбищном севообороте изменение содержания гумуса в пахотном слое обыкновенного чернозема на обоих фонах увлажнения носит однотипный характер. На фоне без удобрения происходит слабое уменьшение содержания в почве гумуса. Применение удобрения в средних по севообороту дозах N₅₇ Р₄₃ К₂₃ на богаре, N₁₂₈ Р₆₀ К₄₃ (рекомендуемые) и N₉₀ Р₆₄ К₄₅ (расчетные) при орошении привело к установлению положительного баланса гумуса, с увеличением его содержания на 0,09-0,15 % по сравнению с исходным состоянием. Таким образом, рекомендуемые и расчетные дозы минеральных удобрений, применяемые в лугопастбищных севооборотах степной зоны Южного Урала способствуют формированию положительного баланса гумуса в пахотном слое обыкновенных черноземов.

В пятипольном прифермском севообороте с полем пропашной культуры (кукуруза), тремя полями однолетних трав и полем донника, содержание гумуса в пахотном слое чернозема обыкновенного в течение ротации с 1999 по 2005 год заметно уменьшилось. Как видно из таблицы 2, в условиях без орошения и без удобрения содержание гумуса в конце ротации уменьшилось на 0,27 % по сравнению с исходным уровнем (7,55 %). Применение рекомендуемых доз удобрений несколько ослабило дефицит гумуса - снижение за ротацию составило 0,14 %. На фоне орошения при расчетных дозах удобрения установился бездефицитный баланс гумуса. Что объясняется более активным перевесом процессов накопления корневых и пожнивных остатков над отчуждением надземной биомассы культур севооборота на фоне расчетных доз удобрений по сравнению с рекомендуемыми дозами, поскольку при первых дозах урожайность была выше. Так если исходное содержание гумуса при расчетных дозах удобрения на фоне орошения составило 7,55 %, то в конце ротации в 2005 году снизилось до 7,43% в варианте обычной и 7,49 % - минимальной обработки почвы. Величины убыли содержания гумуса так малы, что можно говорить лишь о наличии тенденции к уменьшению содержания этого элемента плодородия почвы в прифермском севообороте при указанной выше комбинации регулируемых факторов.

Таблица 3. Изменение содержания гумуса в пахотном слое чернозема обыкновенного под влиянием севооборотов, обработки почвы, удобрений и орошения

Сево-оборот	Фон	Обработка Удобрение	Содержание гумуса	Изменение,
			1999 год	2005 год	+, -
			О*	М*	О*	М*	О*	М*
7-поль-ный лугопастбищный	Без орош.	Без удобрен.	7,70	7,70	7,47	7,40	-0,23	-0,30
		Реком. дозы	"----"	"----"	7,79	7,85	+0,09	+0,15
	С орош.	Без удобрен.	"----"	"----"	7,58	7,62	-0,12	-0,08
		Реком. дозы	"----"	"----"	7,81	7,85	+0,11	+0,15
		Расч. дозы	"----"	"----"	7,83	7,83	+0,13	+0,13
5-польный прифермский	Без орош.	Без удобрен.	7,55	7,55	7,26	7,28	-0,29	-0,27
		Реком. дозы	"----"	"----"	7,34	7,41	-0,21	-0,14
	С орош.	Без удобрен.	"----"	"----"	7,17	7,20	-0,38	-0,35
		Реком. дозы	"----"	"----"	7,30	7,30	-0,25	-0,25
		Расч. дозы	"----"	"----"	7,43	7,49	-0,12	-0,06

* О - обычная обработка почвы, *М - минимальная обработка

НСР₀₅ по севооборотам - 0,15 , удобрениям - 0,10 , орошению - 0,08 , обработкам - 0,07 .

Под влиянием орошения в лугопастбищном севообороте наблюдается тенденция к слабому увеличению содержания в почве гумуса по сравнению с фоном естественного увлажнения (табл. 2). Этому способствует лучшее раз-витие культур севооборота при орошении, что создает условие для повышен-ного накопления новообразованного органического вещества в почве. О ста-билизации гумусного состояния пахотного, увеличении содержания гумуса подпахотного слоя чернозема обыкновенного тяжелосуглинистого в резуль-тате 62-летнего орошения также сообщает в своей работе Н.В.Кутькина (2002). Различия по влиянию систем основной обработки на содержание гумуса в почве не отмечены. И при обычной и при минимальной обработках установился почти одинаковый баланс гумуса независимо от фонов орошения и удобрения. Имеющиеся небольшие разницы не доказываются математически.

Изучали влияние вспашки, плоскорезной, бесплужной и комбинированной обработок в 6-польном зернопаропропашном севообороте на агрофические свойства выщелоченного чернозема в Южной лесостепи Республики Башкортостан (1985-1988 гг.). В пропашном (кукуруза - яровая пшеница) и паровом (пар чистый - озимая рожь) звеньях севооборота проявляется положительное влияние бесплужной, плоскорезной и комбинированной обработок на увеличение содержания в почве агрономически ценных водопрочных агрегатов по сравнению с вспашкой. Так при бесплужной и плоскорезной обработке содержание водопрочных агрегатов почвы в слое 0-30 см под кукурузой составило 54,0-65,2 %, что выше на 3,3-3,5 % по сравнению с уровнем вспашки. Такая же закономерность наблюдается и под яровой пшеницей, идущей после кукурузы, а также под озимой рожью по чистому пару. Водопрочность структуры почвы под яровой пшеницей после озимой ржи в 0-20 см слое по вариантам обработки почти одинаковая. Под яровой пшеницей после кукурузы в варианте комбинированной обработки в 0-10 см слое почвы устанавливается наиболее высокое среди агрофонов и способов обработки содержание агрономически ценных водопрочных агрегатов - 57,3 %. Это на 15 % больше от варианта вспашки. Такое резкое улучшение структуры обусловливается тем, что при прерывании плоскорезной обработки вспашкой в системе комбинированной обработки под яровую пшеницу после кукурузы на поверхность выворачивается хорошо оструктуренная в результате длительной безотвальной обработки нижележащая часть пахотного слоя.

В своих исследованиях, проведенных в условиях Зауральской степи Башкортостана, мы установили, что направленность изменений в структурном состоянии выщелоченного чернозема зависит от соотношения площадей однолетних культур и многолетних трав в экспериментальных севооборотах и применяемой агротехники. Наилучшая сохранность структурных агрегатов достигнута в пахотном слое почвы под бессменным травостоем костреца безостого, взятого как абсолютный контроль для сравнения с влиянием севооборотов на вышеуказанное свойство почвы. Бессменная культура костреца безостого способствовала увеличению содержания структурных агрегатов в почве с 94,2 до 96,5 % в течение семи лет проведения опытов (1992-1999 гг., ОПХ "Абзелиловское"). В лугопастбищном севообороте за этот же период произошло некоторое уменьшение этого показателя - с 94,2 до 91,4 %. Слабое разрушение структуры почвы в севообороте было вызвано следующей причиной. За ротацию поле, в котором было проведено определение структурно-агрегатного состава почвы, прошло вначале луговой, а в конце - полевой периоды. После распашки дернины многолетних трав в севообороте при возделывании однолетних культур в полевом периоде структура почвы в некоторой степени разрушается. Чтобы определить границу прекращения разрушения структуры почвы, определение проводили в начале (под ячменем) и конце (под вико-овсом) полевого периода. Результаты оказались практически одинаковыми. Это свидетельствует о стабилизации структурного состояния в севообороте, так как после двухлетнего полевого следует луговой период, в течение которого структура почвы восстанавливается (табл. 3).

В отличие от 7-8-польных лугопастбищных севооборотов с долей многолетних трав 71-62 % и прифермского севооборота № 4 с размещением люцерны на 50 % площади, в прифермском севообороте № 5 преобладают пропашные культуры и однолетние травы (на 60 % площади). Наличие пропашной культуры, оказывающей разрушающее влияние на структуру почвы, и однолетних трав, слабо влияющих на это свойство, способствует ухудшению структурно-агрегатного состава почвы в последнем севообороте. По сравнению с исходным уровнем 1992 года содержание структурных агрегатов уменьшилось на 3,5 %.

Таблица 4. Структурно-агрегатный состав почвы в слое 0-20 см выщелоченного чернозема в зависимости от агрофона и севооборотов, %

Агрофон, севооборот	Структурные агрегаты > 0,25мм	Водопрочные агрегаты
		> 0,25 мм	1 - 3 мм
	1992 г.	1999 г.	1992 г.	1999 г.	1992 г.	1999 г.
Кострец бессменный (контроль)	94,2	96,5	76,9	72,8	50,4	47,6
Кукуруза бессменная	94,2	92,0	76,9	71,0	50,4	39,2
Пар чистый бессменный	93,5	87,5	72,6	66,2	43,4	30,0
7-польный лугопастбищный	94,2	91,4	76,9	71,3	50,4	43,4
5-польный прифермский	93,5	90,0	72,6	65,4	43,4	34,6
6-польный прифермский	93,5	91,2	72,6	68,2	43,4	35,2

НСР₀₅ 2,22,63,1

Более значительные изменения произошли в содержании водопрочных агрегатов почвы. В севооборотах в пахотном слое почвы водопрочных агрегатов стало меньше по сравнению с травостоем многолетних трав, взятого как контроль. В 7-польном лугопастбищном и 6-польном прифермском севооборотах содержание в почве водопрочных агрегатов размером > 0,25 мм уменьшилось за ротацию с 76,9 до 71,3 и с 72,6 до 68,2 % соответственно. Количество наиболее агрономически ценных водопрочных комочков размером 1-3 мм уменьшилось на более значительную величину - в первом севообороте с 50,4 до 43,4 и во втором с 43,4 до 35,2 %. В 5-польном прифермском севообороте без участия многолетних трав показатели сохранности структурно-агрегатного состава почвы несколько меньшие.

Следует отметить, что исходная почва обладала высоким содержанием структурных и водопрочных агрегатов, обусловленным длительным возделыванием многолетних трав на предполагаемом участке опытного поля. Введение севооборотов с неоднократными обработками и сменой лугового и полевого периодов закономерно привело к частичному разрушению структуры почвы. Так как содержание структурных и водопрочных комочков почвы было определено в конце полевых периодов севооборотов, можно утверждать о том, что дальнейшего ухудшения почвенной структуры не произойдет. Пределом распыления структуры является уровень оструктуренности почвы в бессменном чистом пару - 87,5 % структурных и 66,2 % водопрочных агрегатов диаметром > 0,25 мм. Однако снижение количества структурных отдельностей почвы за ротацию севооборотов останавливается значительно выше этой отметки (табл. 3). После кратковременного (2-3 года) пребывания поля в полевом периоде следует возвращение к луговому периоду, в котором оструктуренность и водопрочность агрегатов будут возрастать, приближаясь к уровню бессменного посева многолетних трав. Следовательно, структурно-агрегатный состав почвы, хотя и несколько ухудшается в полевом периоде лугопастбищных и прифермских севооборотов, в целом, в многолетнем разрезе остается в оптимальных пределах.

Орошение способствовало повышению стабильности структурно-агрегатного состава почвы. В севооборотах, несмотря на общее незначительное уменьшение оструктуренности почвы в период ротации, относительное снижение на фоне орошения было заметно меньшим. К концу ротации 7-польного лугопастбищного севооборота содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое выщелоченного чернозема уменьшилось с 70,7 до 65,8 на фоне без орошения и с 76,9 до 72,3 % при орошении.

Влияние севооборотов на структурно-агрегатный состав другого рас-пространенного в степной зоне Южного Урала подтипа черноземов - обыкновенного, несколько отличается от такового для выщелоченных черно-земов. В 7-польном лугопастбищном и 5-польном прифермском севооборо-тах за пятилетний период (2001-2005 гг.) произошло увеличение в пахотном слое почвы содержания структурных и водопрочных агрегатов. В лугопастбищном севообороте наблюдалось более интенсивное восстановление структуры по сравнению с прифермским севооборотом. Исходное содержание структурных агрегатов почвы размером более 0,25 мм в слое 0-40 см составляло 89,3, к конечному сроку определения - на 8,1 % больше. В результате 3-4-летнего пребывания под травостоями многолетних трав в травяном звене лугопастбищного севооборота структурно-агрегатный состав пахотного слоя чернозема обыкновенного достиг высокого уровня: при сухом просеивании он содержал более 96 %, при мокром - около 70 % агрегатов размером 0,25-10 мм. Почва, обладающая такими параметрами структуры оценивается на отлично. Прирост содержания в почве структурных и водопрочных агрегатов в прифермском севообороте значительно меньший по сравнению с лугопастбищным севооборотом.

Под орошаемыми севооборотами исходное содержание структурных агрегатов почвы в слое 0-40 см находилось на уровне фона без орошения. В течение ротации севооборотов произошло некоторое увеличение содержания структурных агрегатов. Однако в верхнем 0-20 см слое относительный прирост данного показателя при орошении был значительно выше, чем без орошения.

Минимализация основной обработки способствовала улучшению структурно-агрегатного состава чернозема обыкновенного по сравнению с обычной, более глубокой обработкой. Так под многолетними травами в пахотном (0-20 см) слое почвы содержание наиболее агрономически ценной фракции структурных агрегатов размером 3-1 мм при минимальной обработке составило 42,0, обычной - 40,3 %. В подпахотном (20-40 см) слое соответственно - 43,7 и 37,3 % (табл. 4). Минимальная обработка способствовала улучшению структуры почвы и под однолетними травами в севообороте.

Положительное влияние минимализации обработки чернозема обыкновенного на улучшение водопрочности структуры имеет важное значение в рациональной организации оросительной мелиорации. Факторами, способствующими улучшению структуры почвы при минимализации обработки, являются уменьшение деформации почвы как результат ограничения толщины обрабатываемого слоя, отсутствие разрушающего воздействия плуга на нижнюю часть пахотного слоя, концентрация корневых и пожнивных остатков при минимальной обработке в верхней половине пахотного слоя.

Положительное влияние минимальной обработки на содержание водопрочных агрегатов агрономически ценной фракции выражено сильнее по сравнению с влиянием на содержание структурных агрегатов. Это свидетельствует о том, что минимализация обработки обыкновенного чернозема прежде всего положительно сказывается на улучшении водопрочности структуры почвы, что имеет важное значение в рациональной организации оросительной мелиорации.

Таблица 5. Влияние обработки на структурно-агрегатный состав пахотного и подпахотного слоев обыкновенного чернозема в севооборотах (среднее за 2001-2005 гг.)

Севооборот	Фон	Обработка	Диаметр фракций, мм; содержание, %
			структурные	водопрочные
			3-1	10-0,25	3-1	> 0,25
7-польный лугопастбищный	Без орошения	обычная	40,3* 37,3	96,0 96,2	20,8 22,6	69,2 64,8
		минимальная	42,0 43,7	97,5 98,9	31,1 28,0	72,0 72,0
	С орошением	обычная	36,4 26,4	96,7 96,3	23,9 19,1	67,3 62,2
		минимальная	34,6 32,1	98,1 97,3	36,7 27,3	70,6 69,9
5-польный прифермский	Без орошения	обычная	30,4 28,9	96,0 96,4	24,4 32,7	67,8 67,1
		минимальная	26,1 34,5	97,8 98,6	27,8 40,2	72,8 70,3
	С орошением	обычная	41,2 33,1	89,8 95,6	21,2 21,4	64,5 63,9
		минимальная	48,5 40,0	96,2 96,6	25,3 30,6	66,8 68,0
НСР 05 1,7 1,3 5,4 2,3 2,8 1,5 6,2 3,5

* - в числителе - содержание фракции в слое 0-20 см,

- в знаменателе - содержание фракции в слое 20-40 см

В полевом опыте, проведенного нами в учхозе Башкирского госагро-университета в 1985-1990 гг. влияние способов обработки на плотность пахотного слоя выщелоченного чернозема различалось в зависимости от поля севооборота и расположения по частям склона. Безотвальные обработки - бесплужная и плоскорезная - способствовали установлению одинаковой со вспашкой плотности 0-30 см слоя почвы в верхней и нижней частях склона. В средней части склона с эродированной, распыленной и уплотненной почвой безотвальные обработки не смогли довести степень разрыхленности пахотного слоя до уровня вспашки. Однако при всех способах обработки плотность пахотного слоя не выходила за пределы оптимального интервала для черноземных почв - 1,17-1,23 г/см³. Прерывание систематической плоскорезной обработки вспашкой в системе комбинированной обработки под яровую пшеницу по кукурузе способствовало более сильному разуплотнению почвы по сравнению с другими обработками. Разуплотняющий эффект комбинированной обработки вызывается выворачиванием нижней половины пахотного слоя, хорошо оструктуренного при предшествующих плоскорезных обработках. Так как при всех исследуемых способах обработки плотность пахотного слоя выщелоченного чернозема остается в оптимальном интервале, определяющим фактором при выборе способов обработки будет интенсивность эрозионных процессов. В случае проявления ускоренной эрозии следует отдавать предпочтение почвозащитным безотвальным обработкам.

Плотность сложения чернозема выщелоченного Зауральской степной подзоны была более низкой в лугопастбищном севообороте по сравнению с бессменным чистым паром и бессменными многолетними травами. Под травостоем многолетних трав в севообороте, к 4-5-му годам их жизни, пахотный слой принимает более плотное сложение, однако, оставаясь в оптимальном интервале - 0,98-1,12 г/см³ . После распашки пласта много-летних трав, под ячменем, почва значительно разрыхляется, принимая наименьшее в севообороте значение показателя плотности. Под второй культурой полевого периода - смесью овса с горохом - пахотный слой вновь уплотняется, но не выходит за оптимальную границу.

Минимальная обработка другого подтипа чернозема - обыкновенного, способствуя улучшению его структурного состояния, приводила к более рых-лому сложению пахотного слоя в сравнение с обычной обработкой (табл. 5).

Таблица 6. Влияние обработки на плотность слоя почвы 0-30 см под культурами кормовых севооборотов. ОПХ "Баймакское", 2002-2005 гг., г/см³

Культура	Статистические показатели
	n	Обработка	M	± m	Р0,99
Вика+овес	22	обычная	1,13	-	-
		минимальная	1,09	0,035	3,21
Многолетние травы 1-2 года жизни	17	обычная	1,15	-	-
		минимальная	1,09	0,042	3,85
Многолетние травы 3 года жизни	20	обычная	1,14	-	-
		минимальная	1,10	0,034	3,09

Выявлена зависимость влагоемкости черноземов степного Зауралья от их агрохимических и агрофизических свойств и строения почвенного профиля. Выщелоченные черноземы в соответствие с большей мощностью гумусового горизонта, более равномерным распределением гумуса по профилю, высоким содержанием водопрочных агрегатов и менее плотнымтсложением обладают и более высокой влагоемкостью по сравнению с обыкновенными черноземами. Средние значения НВ 0-70 см слоя этих почв составляли 28 и 25 % соответственно.

Более высокую влагоемкость исследуемые черноземы приобретают в полях многолетних трав и ячменя по пласту в лугопастбищном севообороте. В конце двухлетнего полевого периода, в поле вико-овса, влагоемкость значительно снижается. Высокая влагоемкость восстанавливается в луговом периоде севооборота.

При определении методом искусственного дождевания водопроницаемость чернозема выщелоченного колебалась от 0,94 до 1,28 мм/мин, заливки рам - 2,82-4,20 мм/мин. Чернозем обыкновенный имеет несколько меньшую водопроницаемость, соответственно 0,52-1,18 и 1,30-2,35 мм/мин. Водо-проницаемость обоих черноземов возрастают в ряду: пар чистый бессменный, однолетние культуры бессменные, однолетние травы по обороту пласта в севообороте, многолетние травы в севообороте, зерновые по пласту многолетних трав. Пониженное содержание водопрочных агрегатов, повышенная плотность в верхних слоях почвы в бессменном чистом пару способствовали установлению на этом агрофоне самой низкой водопроницаемости среди исследуемых объектов в опыте. В полях лугопастбищного севооборота обнаруживается значительно более высокая водопроницаемость: наивысшая - по пласту многолетних трав, под ячменем; менее высокая - по обороту пласта, под смесью вики с овсом. Закономерности изменения водо-проницаемости, выявленные на черноземе выщелоченном, повторяются и на обыкновенном черноземе. Отсюда следует, что интенсивные лугопастбищные севообороты позволяют поддерживать достаточно высокую водопроницаемость и влагоемкость выщелоченных и обыкновенных черноземов в степной зоне Южного Урала. Это имеет большое значение для полноты усвоения оросительной воды.

В исследованиях (1997-2002 гг.) установлено, что гумусовый баланс в пахотном слое выщелоченного чернозема в Зауральской степи Башкортостана зависит от поступления в почву корневых и стерневых остатков от культур экспериментальных севооборотов. На фоне поступления большого количества органических остатков в почву в 7-польном лугопастбищном севообороте (в среднем 77,5 ц/га сухой массы на фоне расчетных доз удобрений при орошении, 46,4 ц/га - на фоне рекомендуемых доз удобрений без орошения) расчетный баланс гумуса в пахотном слое (0-30 см) почвы на фоне расчетных доз удобрений при орошении составил +19,3, рекомендуемых доз удобрений без орошения +4,5 ц на 1 га севооборотной площади.

Преобладание однолетних культур в 5-польном прифермском севообороте обусловило накопление меньшего количества органических остатков в почве. Соответственно, в целом по прифермскому севообороту на фоне орошения и удобрений создавалось условие для слабого положительного баланса гумуса в количестве 0,6 ц на 1 га. Без орошения, на фоне рекомендуемых доз удобрений намечался отрицательный баланс гумуса в 4,6 ц на 1 га.

3. Водный режим почвы

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что при отвальной обработке выщелоченного чернозема в Южной лесостепи Башкортостана к середине вегетации яровой пшеницы запасы продуктивной влаги расходуются на 23-30 мм более интенсивно, чем при бесплужной и плоскорезно-комбиниро...