Размещено на http://www.allbest.ru/

Удк 631.582: 631.452

Сохранение плодородия темно-серой почвы при использовании биологических факторов в севооборотах

Постников П.А., Попова В.В., Васина О.В.

Аннотация

полевой севооборот солома минеральный

В 2011-2015 гг. на темно-серой почве изучена эффективность полевых севооборотов с использованием приемов биологизации. Исследования проведены в пятипольных севооборотах на трех фонах питания: естественный (без удобрений), минеральный и органоминеральный. Применение сидератов и соломы в сочетании с минеральными удобрениями способствовало снижению плотности почвы в пахотном слое на 0,02-0,07 г/см³, повышению биологической активности на 9,4-13,6 % и увеличению запасов минерального азота в период всходов на 3,7-10,1 мг/кг почвы по отношению к варианту без удобрений. Поступление легкоусвояемых элементов питания с сидератами позволяет поддерживать высокую продуктивность зерновых культур в севообороте, даже без многолетних трав. В зернопаросидеральном севообороте (без клевера) средняя урожайность яровых зерновых на удобренных фонах составила 3,21-3,33 т, а в зернотравяных - на уровне 3,07-3,46 т/га. Среднегодовое поступление сухой массы пожнивно-корневых остатков в почву в пределах 3,5-5,0 т/га обеспечило компенсацию дефицита гумуса на уровне 60-95 %, наибольший процент достигнут в зернотравяных севооборотах, минимальное - в зернопаротравяном севообороте с чистым паром. Суммарное поступление сухой растительной массы с остатками и запашкой сидератов, соломы на органоминеральном фоне варьировало в пределах 5,42-6,44 т/га, максимум - в зернопаросидеральном и в зернотравяных севооборотах. Наличие в севообороте двух полей клевера и сочетание сидератов и соломы один или два раза за ротацию севооборота обеспечило бездефицитный баланс гумуса.

Ключевые слова: севооборот, фон питания, минеральные удобрения, сидерат, солома, пожнивно-корневые остатки, баланс гумуса.

Обоснование исследований

Стремление в сельском хозяйстве к максимальному использованию пашни для получения зерна и кормов осуществляется в основном за счет почвенного плодородия, что ведет к деградации агрофизических и агрохимических свойств пахотных земель [1]. Для избежания развития негативных процессов важно регулировать почвообразование.

На современном этапе функционирования агросистем немаловажное значение придается биологизации земледелия. Под которой понимают увеличение поступления органического вещества в почву за счет расширения посевов однолетних и многолетних бобовых культур, применения в качестве удобрения сидератов и соломы и т.д. [2,3].

Все агротехнические и биологические мероприятия должны осуществляться через освоение севооборотов [4,5]. Рациональное использование биоресурсов в севооборотах позволяет поддерживать достаточно высокий уровень продуктивности пашни и обеспечивать сохранение плодородия пахотных земель, в т.ч. достижение положительного баланса гумуса [6,7,8].

Цель наших исследований - выявить воздействие биологических факторов на физико-химические свойства и баланс гумуса темно-серой лесной почвы.

Материалы и методы исследований

В ФГБНУ «Уральский НИИСХ» с 2002 г. проводится изучение полевых севооборотов с максимальной ориентацией на биологические факторы. Севообороты развернуты во времени и пространстве и изучались в третьей ротации по следующим схемам: 1. Зернопаротравяной - чистый пар - озимая рожь - ячмень с подсевом трав - клевер 1 г.п. - пшеница; 2.Зернопаросидеральный - сидеральный пар (рапс) - пшеница - овес - горох - ячмень; 3. Зернотравяной (бобовые культуры 40 %) - горох - пшеница с подсевом трав - клевер 1 г.п. - ячмень - овес; 4. Зернотравяной с насыщением многолетних трав 20% - однолетние травы, поукосно рапс - ячмень с подсевом трав - клевер 1 г.п. - пшеница - овес;

5. Зернотравяной с насыщением многолетних трав 40 % - ячмень с подсевом трав - клевер 1 г.п. - клевер 2 г.п. - пшеница - овес.

Почва опытного участка - темно-серая лесная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 4,67-5,06 %, легкогидролизуемого азота - 136-181 мг, подвижного фосфора - 206-268, обменного калия - 150-168 мг/кг почвы, сумма поглощенных оснований - 27,6-33,9 мг - экв. на 100 г почвы, рН_сол - 4,9-5,1.

Севообороты заложены на трех фонах:

1. Без удобрений (естественный фон плодородия);

2. Минеральный - N₃₀Р₃₀К₃₀ (в среднем на 1 га севооборотной площади);

3. Органоминеральный - навоз, сидераты, солома на фоне N₂₄Р₂₄К₂₄.

На органоминеральном фоне питания в зернопаротравяном севообороте в паровом поле внесен навоз в дозе 50 т/га; в зернопаросидеральном - запахана зеленая масса крестоцветной культуры в количестве 13,4-23,4 т, солома ячменя - 3,78 т, солома гороха - 2,43 т; в зернотравяном (бобовые культуры 40 %) - отава клевера - 10,5 т, солома ячменя - 3,54 т, солома гороха - 2,18 т; зернотравяной с насыщением мн. трав 20 % - поукосный рапс - 7,0 т, отава клевера - 14,6 т, солома пшеницы - 3,11 т; зернотравяной с насыщением мн. трав 40 % - отава клевера -12,6 т/га.

Результаты исследований и обсуждение

В среднем за ротацию севооборотов наибольший процент (69,6-72,5) частиц размером 0,25-10 мм обнаружен на органоминеральном фоне питания. По отношению к неудобренному фону питания систематическое применение минеральных и органических удобрений способствовало увеличению доли агрономически ценных частиц на 4,4-6,9 %, их минимальное количество отмечено в зернотравяном севообороте с насыщением многолетних бобовых трав 20 %.

На естественном фоне плодородия в изучаемых севооборотах, где поступление растительной массы ограничено только пожнивно-корневыми остатками, плотность почвы находилась в пределах 1,12-1,14 г/см³. В то же время на органоминеральном фоне питания увеличение поступления растительной массы за счет заделки сидератов и соломы способствовало разуплотнению почвы в пахотном горизонте во всех севооборотах, плотность почвы по отношению к недобренному варианту снизилась к концу третьей ротации на 0,02-0,07 г/см³.

При ежегодном поступлении растительной массы с пожнивно-корневыми остатками культур и органическими удобрениями возросла жизнедеятельность микробиоты. Так, на минеральном и органоминеральном фонах питания процент распада льняного полотна в пахотном слое находился в пределах 29,0-30,1%. По отношению к контролю разница составила 9,4-13,6 %.

Запасы минерального азота (N-NО₃ + N-NН₄) в период всходов зерновых находились в пределах 16,0-26,5 мг/кг почвы. За счет внесения минеральных и органических удобрений количество доступного азота на всех изучаемых севооборотах увеличилось на 3,7-10,1 мг/кг по отношению к контролю.

Улучшение агрофизических, биологических свойств темно-серой почвы способствовало увеличению продуктивности пашни. Благодаря запашке зеленой массы сидеральной культуры в паровом поле в почву дополнительно поступает в среднем на 1 га севооборотной площади около 20 кг азота, фосфора - 7,6-8,0 и калия - 22-25 кг. Поступление легкоусвояемых элементов питания позволяет поддерживать высокую продуктивность зерновых культур в севообороте, даже без многолетних трав. Так, в зернопаросидеральном севообороте с рапсом средняя урожайность яровых зерновых на удобренных фонах составила 3,21-3,33 т, а в зернотравяных - на уровне 3,07-3,46 т/га.

Учеты за накоплением пожнивно-корневых остатков показали, что при систематическом применении удобрений идет увеличение поступления растительных остатков под культурами севооборотов. Из всех выращиваемых культур в севооборотах максимальная масса пожнивных и корневых остатков остается после клевера. После многолетней бобовой травы накапливалось в зависимости от фона питания на уровне от 6,0 до 7,5 т сухой массы.

Максимальное суммарное накопление сухой растительной массы обнаружено в зернопаросидеральном и зернотравяных севооборотах, а наименьшее - в зернопаротравяном с чистым паром (табл. 1).

Таблица 1 - Среднегодовое поступление сухой растительной массы в почву с пожнивно-корневыми остатками и органическими удобрениями, 2011-2015 гг.

Применение сидератов и соломы способствовало дополнительному поступлению органической массы на уровне 0,62-1,75 т/га в среднем за год. Суммарное поступление сухой растительной массы за ротацию севооборотов на органоминеральном фоне варьировало в пределах 5,42-6,44 т/га. По мнению других исследователей [9], такого количества сухой биомассы достаточно для компенсации потерь гумуса от его минерализации.

На основании фактической продуктивности культур севооборотов и химического анализа растительной продукции нами произведены балансовые расчеты по расходу и приходу органического вещества [10]. Величина среднегодовой минерализации гумуса в изучаемых севооборотах варьировала на уровне 707-1080 кг/га, минимальные показатели выявлены в зернотравяном (бобовые культуры 40 %) и зернопаросидеральном севооборотах (табл. 2). Замена чистого пара в севооборотах на сидеральный или занятый позволяла снизить минерализацию гумусовых веществ на 17-29 %.

Таблица 2 - Среднегодовой баланс гумуса в севооборотах, кг/га (2011-2015 гг.)

В среднем за год с органическими удобрениями дополнительно поступало от 56 до 500 кг/га гумуса. Запашка сидератов и соломы в севооборотах способствовала увеличению поступления гумуса в пахотный слой на уровне 107-385 кг/га. С пожнивно-корневыми остатками максимальное накопление органического вещества отмечено в зернотравяных севооборотах, его приход на удобренных фонах питания за ротацию в среднем составил 708-837 кг/га, т.е. включение промежуточных культур и наличие двух полей с клевером существенно увеличивает поступление растительных остатков в почву. В зернопаросидеральном севообороте, где отсутствует клевер, новообразование гумуса снизилось в 1,4-1,7 раза, т.е. компенсация расхода гумусовых веществ должна покрываться за счет использования побочной продукции на удобрение.

В почве под культурами сидерального севооборота с запашкой рапса за счет пожнивно-корневых остатков разложение гумуса возмещается в пределах 48-68 %. Следует заметить, что при двухгодичном использовании многолетних бобовых трав в севообороте потери от минерализации органического вещества на удобренных фонах практически полностью компенсировались за счет поступления сухой массы растительных остатков, несмотря на невысокую продуктивность клевера в третьей ротации севооборотов.

Расчеты по статьям баланса гумуса за ротацию севооборотов свидетельствуют, что на естественном фоне плодородия сложился отрицательный баланс органического вещества, наиболее близкий к бездефицитному выявлен в севообороте с двумя полями клевера. На минеральном фоне питания выявлена аналогичная закономерность, наибольшие показатели получены в севооборотах с чистым и занятым парами, дефицит гумусовых веществ достигал в среднем за год 17-413 кг/га. Расход гумуса близкий к бездефицитному получен только в зернотравяных севооборотах с насыщением бобовыми культурами и многолетними травами до 40 %. Следует отметить, что запашка рапса в паровом поле без внесения соломы не позволяла перекрыть расходную часть гумусового баланса.

В изучаемых севооборотах на органоминеральном фоне среднегодовой профицит гумуса составил около 85-248 кг/га. Полное возмещение расхода гумусовых веществ возможно при применении навоза в чистом пару из расчета 10 т на 1 га севооборотной площади. Запашка рапса в паровом поле, отавы клевера и поукосного рапса в сочетании с внесением соломы 1 или 2 раза ротацию севооборота также полностью компенсирует потери от минерализации гумуса.

Агрохимический анализ темно-серой лесной почвы в конце ротации показал, что пахотном слое заметных различий в содержании гумуса в севооборотах не выявлено. Разница по количеству гумусовых веществ по фонам питания, по мнению других исследователей [11], могла быть обусловлена пестротой почвенного плодородия на делянках.

Выводы

Обобщение данных в третьей ротации биологизированных севооборотов показало, что систематическое применение органических удобрений (навоз, сидераты, солома) способствовало повышению количества агрономически ценных агрегатов размером 0,25-10 мм на 4,4-6,9 %, разуплотнению пахотного слоя на 0,02-0,07 г/см³ по отношению к естественному плодородию почвы. Выявлено увеличение биологической активности и минерального азота в пахотном слое на органоминеральном фоне питания по сравнению с неудобренным фоном питания.

По урожайности зерновых культур за ротацию зернопаросидеральный севооборот без многолетних трав не уступал зернотравяным, а по сбору сухого вещества и выходу кормовых единиц последние заметно превосходили его.

Поступление сухой биомассы в почву с пожнивно-корневыми остатками и органическими удобрениями в среднем на 1 га севооборотной площади в пределах 6,0-6,5 т обеспечило достижение бездефицитного баланса гумуса.

Список литературы

1. Синявский В.А. Почва и рациональное использование биоресурсов //АПК России. 2015. Т.71. С.112-117.

2. Система биологизации земледелия в Нечерноземной зоне / Под общ. ред. А.И. Еськова. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. 296 с.

3. Сорокин И.Б. Возобновляемые биоресурсы повышения плодородия пахотных почв подтаежной зоны западной Сибири: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Омск. 2013. 41 с.

43. Севообороты и агротехнологии для современного земледелия Зауралья /В.И. Волынкин, С.Д. Гилев, В.В. Немченко …[и др.]. Куртамыш: ГУП «Куртамышская типография», 2010. 126 с.

5. Постников П.А. Севообороты - основа адаптивного земледелия // Состояние и пути повышения эффективности агрохимических исследований в Северо-Восточном и Уральском регионах: материалы Регионального совещ. научных учрежд. - участников Геосети Северо-Восточного и Уральского регионов. М.: ВНИИА, 2013. С. 97-102.

6. Зеленин И.Н. Агроэкологическая оптимизация систем удобрения в севообороте и биологические пути повышения плодородия выщелоченных черноземов лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. Пенза. 2013. 49 с.

7. Матюк Н.С., Селицкая О.В., Солдатова С.С. Роль сидератов и соломы в стабилизации процессов трансформации органического вещества в дерново-подзолистой почве // Известия ТСХА. Вып. № 3. 2013. С.63-73.

8. Постников П.А., Попова В.В., Васина О.В. Плодородие темно-серой почвы и продуктивность севооборотов при различных системах удобрений // АПК России. 2015. Т.72. № 1. С.113-116.

9. Котлярова О.Г., Свиридов А.К., Сыромятников Ю.Д. Биологическое обоснование чередования культур в севооборотах Центрально-Черноземной зоны // Доклады РАСХН. 2008. № 8. С.32-35.

10. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Попов П.Д. Теория и практика использования органических удобрений. М.: Агропромиздат, 1987. 96 с.

11. Глухих М.А., Калганова С.А. Динамика плодородия почв Зауралья // АПК России. 2014. Т.70. С.178-185.

Постников Павел Афанасьевич, кандидат сельскохозяйственных наук,

ведущий научный сотрудник отдела земледелия и кормопроизводства,

федеральное государственное бюджетное научное учреждение

«Уральский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

E-mail: postnikov.ural@mail.ru

Попова Вера Викторовна, старший научный сотрудник аналитической лаборатории, федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Уральский научно-исследовательский институт сельского хозяйства»

E-mail:vvpopova@mail.ru

Васина Ольга Владимировна, младший научный сотрудник отдела

земледелия и кормопроизводства, федеральное государственное

бюджетное научное учреждение «Уральский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства»

E-mail: vasina_ov@mail.ru

Размещено на Allbest.ru