CC BY
80
УДК / UDK 631.452:551.465.8:631.582(470.32)
ДИНАМИКА ДЕТРИТА ПОД КУЛЬТУРАМИ СЕВООБОРОТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ В
ЦЧР
THE DYNAMICS OF DETRITUS IN VARIOUS WAYS TO IMPROVE SOIL FERTILITY IN THE CENTRAL CHERNOZEM REGION
Панов А.А., аспирант Panov A.A., graduate Коротких Е.В., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Korotkikh E.V., Associate Professor, Candidate of Agricultural Sciences Несмеянова М.А., кандидат сельскохозяйственных наук, ассистент Nesmeyanova M.A., assistant, Candidate of Agricultural Sciences Воронежский государственный аграрный университет им. императора
Петра I
FSBEI HPE Voronezh SAU named after Emperor Peter I E-mail: [email protected] КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
плодородие, детрит, севооборот, занятый пар, сидеральный пар, многолетние бобовые травы, растительные остатки, разложение.
KEY WORDS
fertility, detritus, crop rotation, cropped fallow, green manure fallow, perennial legumes, plant residues, decomposition.
Формирование основных свойств почвы протекает под влиянием целого комплекса различных агротехнических приемов, из которых ведущую роль играют севообороты, система обработки почвы и система удобрений [1-9]. При этом сельскохозяйственные культуры оказывают различное влияние на величину фракции подвижного гумуса, а также на соотношение процессов разложения и новообразования наиболее динамичной его части. Агротехническими же мероприятиями можно воздействовать на мобильную фракцию почвенного гумуса, т.к. известно, что основная часть процессов разложения и обмена веществ с наибольшей интенсивностью проходит именно в подвижной части [10-12].
Одним из компонентов органического вещества почвы является детрит, являющийся легкодоступным энергетическим материалом для микроорганизмов. В своем составе он содержит ростоактивирующие вещества, используемые растениями в течение всего вегетационного периода [13]. Представляя собой промежуточный продукт разложения растительных остатков, детрит является источником азота и других элементов питания для растений и микроорганизмов. Он относительно легко минерализуется и частично гумифицируется. Конечным результатом минерализации является выделение углекислого газа, минеральных соединений азота, фосфора, калия и других элементов, то есть повышение эффективного плодородия почвы. Результатом процесса гумификации является консервация органических веществ в форме относительно устойчивых к разложению специфических
соединений - гумусовых кислот. Таким образом, при характеристике гумусового состояния почв необходимо контролировать содержание не только общего гумуса, но и детрита [13, 6].
С 1985 г. на кафедре земледелия Воронежского ГАУ в многофакторных стационарных опытах большое внимание уделяется различным приемам повышения плодородия почв.
Цель исследований - разработать оптимальные агроприемы возделывания культур, обеспечивающие улучшение биологических свойств почвы, в частности, повышение содержания в почве лабильного органического вещества и гумуса.
Исследования проводились в 2006-2009 и 2011-2014 гг. соответственно на черноземе выщелоченном и черноземе типичном в юго-восточной части ЦЧР.
Опыт №1. Представлен севооборотом: предшественники озимых (занятый и сидеральный пар) - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднесуглинистого гранулометрического состава с содержанием гумуса 4,0-4,2 %. Гидролитическая кислотность - 3-5 мг.экв/100 г абсолютно сухой почвы, степень насыщенности основаниями - 85-90 %, содержание подвижного фосфора (по Чирикову) - 6,8-13,0 мг, обменного калия (по Масловой) - 16-28 мг/100 г абсолютно сухой почвы. Определение содержание детрита проводили по методике, предложенной ТСХА.
Схема опыта:
1. Занятый и сидеральный пар (ЗП, СП) - контроль - минеральные удобрения вносились в подкормку под озимые N30 кг/га д.в. (ЗП или СП + N30).
2. ЗП + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK(100), под пропашные культуры NPK(100) + навоз в дозе 40т/га (Н) + пожнивный посев горчицы сарептской (Brassica juncea) на зеленый корм после озимой пшеницы (Ск) + биологический урожай соломы озимой пшеницы -5-7 т/га (СOП)(ЗП + N200P200K200+Н+СK+СOП).
3. ЗП + внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK(100), под пропашные NPK(100) + Н+ Ск (ЗП + NPK(200) +Н+Ск).
4. СП + запашка биологического урожая соломы ячменя на удобрение (Ся), внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK(100), под пропашные культуры NPK(100) и навоза в дозе 40 т/га + пожнивный посев горчицы сарептской (Brassica juncea) на зеленое удобрение после озимой пшеницы (Суд) + биологический урожай соломы озимой пшеницы - 5-7 т/га (Соп) (Сп+ NPK(200) +Н +Суд +Соп + Ся).
5. СП + Ся, внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу NPK(100), + навоз в дозе 40 т/га + Суд (СП + NPK(200) +Н +Суд + Ся).
Размещение вариантов в стационарном опыте рендомезированное, повторность трехкратная. Севообороты представлены всеми полями в пространстве. Учетная площадь делянки составляет 120 м2 (15х8).
Гидротермический коэффициент в годы проведения исследований характеризовался значительными колебаниями, что позволило нам всесторонне изучить динамику органического вещества
Опыт 2. Почва опытного участка - чернозём типичный, среднемощный, глинистый с содержанием гумуса в пахотном слое почвы 5,65%. Сумма обменных оснований - 34,1, содержание подвижного фосфора (по Чирикову) -113, обменного калия (по Чирикову) - 184, гидролизуемого азота - 62,9 мг/кг почвы. Севообороты представлены всеми полями в пространстве. Размер
делянки: 37,8x17,4 м, общая площадь делянки - 658 м2, учётной - 525 м2. Повторность - трехкратная.
Схема опыта: Звено севооборота №1: чистый пар - озимая пшеница -ячмень - подсолнечник /кукуруза на зерно. Звено севооборота №2: сидеральный пар (донник желтый 2-го года жизни) - озимая пшеница - ячмень (пожнивной сидерат) - % кукуруза на зерно / % бинарный посев подсолнечника с донником желтым 1-го года жизни. Звено севооборота №3: занятый пар (люцерна синяя 2-го года жизни) - бинарный посев озимой пшеницы с люцерной синей 3-го года жизни - ячмень (пожнивный сидерат) - % кукурузы / % бинарный посев подсолнечника с люцерной синей 1-го года жизни. Годы исследований по гидротермическим условиям были разными: вегетационный период 2011 г. характеризовался как слабо засушливый (ГТК по Селянинову -1,0), 2012 - 2013 гг. как избыточно влажные (ГТК = 1,6 - 2,3), а 2014 г. (ГТК = 0,7) как засушливый.
При использовании занятого и сидерального паров в почву поступает большое количество свежих негумифицированных растительных остатков, обогащенных азотом с узким соотношением углерода к азоту [14].
Химический состав поступивших в почву растительных остатков благоприятствовал высоким темпам их разложения. В результате на вариантах применения различных приемов биологизации отмечается существенное увеличение содержания в почве лабильного органического вещества.
Замена занятого пара на сидеральный (опыт №1 ) обеспечила положительную динамику детрита в пахотном слое почвы. Так, количество детрита в почве на варианте сидерального пара по сравнению с контролем увеличилось на 15% (табл. 1). В среднем за годы исследований более высокое содержание лабильного органического вещества было отмечено на всех вариантах опыта с совместным применением органических и минеральных удобрений. При этом в пахотном слое под сидеральным паром среднее за вегетацию содержание детрита было выше, чем в почве под занятым, и на 2037% выше, чем в почве контрольного варианта. Вероятно, это связано с тем, что в почву поступало большое количество растительных остатков, но из-за недостаточного увлажнения разложение свежих негумифицированных остатков было замедленным.
Важной продовольственной культурой Центрально-Черноземного региона является озимая пшеница. Применение в качестве ее предшественника в опыте №1 сидерального пара обеспечило формирование в почве более высокого (на 24%) количества детрита, чем на варианте занятого пара. Существенно более высоким было содержание детрита на варианте с сидеральным паром и при совместном его использовании с минеральными удобрениями - на 0,017-0,026 абс. %.
Это связано с тем, что, несмотря на засушливые условия проведения исследований, на варианте сидерального пара в почву поступает свежее органическое вещество (в виде зеленого удобрения), обогащенное азотом и способное к быстрому разложению [15].
Определение содержания детрита в почве под сахарной свеклой и ячменем показало изменение его содержания под влиянием возделываемой культуры, вида внесенного удобрения и периода вегетации (табл. 2).
Таблица 1. Содержание детрита под парозанимающими культурами и озимой пшеницей
Варианты опыта Содержание детрита, %
пар озимая пшеница
посев цветение среднее % к контролю посев уборка среднее % к контролю
Занятый пар (контроль) 0,200 0,224 0,213 100 0,152 0,168 0,160 100
ЗП + NPK (50) 0,192 0,256 0,226 106 0,153 0,173 0,163 102
ЗП + NPK (50) 0,215 0,245 0,230 108 0,151 0,172 0,162 101
Сидеральный пар 0,239 0,253 0,246 115 0,189 0,202 0,196 122
СП + NPK (50) 0,286 0,299 0,293 137 0,178 0,199 0,185 116
СП + NPK (50) 0,247 0,265 0,256 120 0,169 0,183 0,176 110
НСР05 0,010 0,008 0,009 0,010 0,080 0,045
Таблица 2. Содержание детрита в почве под сахарной свеклой и ячменем
Варианты опыта Содержание детрита, %
сахарная свекла ячмень
посев уборка среднее % к контролю посев уборка среднее % к контролю
Занятый пар (контроль) +N30 0,133 0,127 0,130 100 0,142 0,133 0,137 100
NPK (100)+ПП+С 0,190 0,176 0,183 141 0,141 0,162 0,151 110
NPK (100)+Н+ПП 0,195 0,191 0,193 148 0,153 0,151 0,152 111
Сидеральный пар 0,186 0,174 0,180 138 0,147 0,151 0,149 109
NPK (100)+ПП+С 0,202 0,197 0,200 154 0,145 0,162 0,153 112
NPK (100)+Н+ПП 0,230 0,224 0,227 175 0,144 0,161 0,152 111
НСР05 0,03 0,02 0,025 0,020 0,010 0,150
Внесение удобрений, как по занятому, так и по сидеральному парам, увеличивало содержание детрита в почве на 38-75%. Наиболее высокие показатели по содержанию детрита имеют варианты минеральных удобрений с навозом и пожнивным посевом, а также минеральных удобрений с пожнивным посевом и соломой по всем видам паров.
Содержание детрита на варианте сидерального пара без внесения удобрений было выше, чем на контроле, на 38%. При применении минеральных удобрений на фоне сидерального пара его содержание превышало показания контрольного варианта на 54-75%. Внесение органических, минеральных удобрений и их сочетание увеличивало содержание детрита перед посевом сахарной свеклы в 1,2 раза.
Таким образом, сезонная динамика детрита тесно связана с количеством послеуборочных остатков, их химическим составом, определяющим скорость разложения, особенностями выращивания культуры и гидротермическими условиями.
Ячмень в опыте №1 размещался после сахарной свеклы. Удобрения под ячмень не вносились, а изучалось последействие удобрений, внесенных под
сахарную свеклу. Наиболее благоприятные условия для формирования запасов детрита в почве были созданы на варианте внесения минеральных удобрений под сахарную свеклу совместно с пожнивным посевом, соломой и навозом, как по занятому, так и по сидеральному парам: содержание детрита на этих вариантах увеличилось на 11 -12%.
Анализируя результаты исследований по динамике детрита на чернозёме, выщелоченном под культурами севооборота, отмечаем, содержание детрита в весенний и осенний сроки различались между собой. Сезонная динамика детрита тесно связана с количеством послеуборочных растительных остатков, нормой органических удобрений, особенностями выращиваемой культуры и гидротермическими условиями.
Под пропашными культурами за период от посева до уборки содержание лабильной фракции уменьшается, что является следствием усиления минерализации органического вещества. В пахотном слое под зерновыми, наоборот, происходит ее накопление за этот период. В севообороте все используемые приемы повышения плодородия увеличивали содержание лабильной фракции на 16-34% (на фоне занятого пара) и на 28-49% (на фоне сидерального пара) по сравнению с контролем.
Благоприятное влияние на формирование запасов лабильного органического вещества в почве отмечается и при проведении исследований на черноземе типичном при использовании в севообороте многолетних бобовых трав, как в качестве бинарных компонентов культур, так и в качестве парозанимающих культур (опыт №2).
Исследования показали, что в звене севооборота без использования приемов биологизации зерновые культуры (озимая пшеница, ячмень) увеличивали содержание детрита в почве, а подсолнечник и чистый пар -ускоряли его минерализацию.
В среднем по звену при применении в севообороте донника жёлтого содержание детрита в пахотном слое почвы увеличилось на 0,039 абс.%, а при использовании люцерны синей - на 0,031 абс.%, тогда как под контрольным звеном севооборота содержание детрита в почве практически не изменилось.
Увеличение массы детрита в пахотном слое почвы при применении приёмов биологизации связано с увеличением количества поступающих в почву растительных остатков за счёт совместного использования на удобрение соломы озимой пшеницы, а также ячменя и пожнивных сидератов в комплексе с возделыванием многолетних бобовых трав [16].
Так, при возделывании подсолнечника в бинарных посевах с бобовыми травами на фоне пожнивной сидерации количество детрита в почве к моменту его уборки увеличилось от 0,134 до 0,170% (табл. 3).
Увеличение содержания в почве лабильного органического вещества отмечается и при дальнейшем произрастании бобовых трав в паровых полях -на 0,029-0,031 абс. %. К уборке озимой пшеницы масса детрита в пахотном слое почвы превысила весенние значения на 0,043-0,062 абс. %. Также на 0,017-0,030 абс. % было выше, чем при всходах, содержание детрита на момент полной спелости ячменя.
Снижение же содержания детрита в почве контрольного звена севооборота, по нашему мнению, было связано как со сравнительно небольшим поступлением в почву растительных остатков, так и с усилением процессов минерализации органического вещества в результате проведения междурядных (подсолнечник) и сплошных (пар) обработок почвы.
Ценность поступающих в почву растительных остатков в регулировании плодородия почвы определяется не только их массой, но и химическим составом, который оказывает большое влияние на скорость разложения биомассы. Проведённые исследования показали, что детрит в почвах различных севооборотов существенно различается между собой по содержанию углерода и азота (табл. 4).
Таблица 3. Содержание детрита в почве различных звеньев севооборота (опыт №2)
Звено севооборота (фактор А) Содержание детрита в слое почвы 0-30 см по фазам вегетации культур, %
пар оз. пш. ячмень подсолнечник
1 2 1 2 1 2 1 2
Звено №1(контр.) 0,058 0,035 0,054 0,112 0,106 0,121 0,152 0,112
Звено №2 0,086 0,115 0,153 0,215 0,167 0,197 0,136 0,168
Звено №3 0,140 0,171 0,207 0,250 0,174 0,191 0,134 0,170
НСР05 0,039 0,082 0,075 0,049
Примечание: 1 - посев, 2 - уборка
Таблица 4. Качество детрита в почве различных звеньев севооборота (опыт №2)
Звено (фактор А) Качество детрита в посевах различных культур, %
Пар оз. пш. ячмень подсолнечник
N С С^ N С С^ N С С^ N С С^
Звено №1 0,61 26,3 43,0 0,69 27,6 37,2 0,91 28,3 31,1 0,91 21,4 23,6
Звено №2 1,60 21,4 20,2 1,60 21,4 20,2 1,54 23,6 15,3 1,60 21,4 20,2
Звено №3 1,70 33,2 18,5 1,70 21,9 18,5 1,70 33,2 19,5 1,90 25,2 13,3
НСР05 0,04 0,65 0,04 0,88 0,03 0,36 0,04 0,49
НСР05 (А) 0,02 0,26 0,01 0,36 0,01 0,15 0,02 0,20
Применение при возделывании культурных растений комплекса приёмов биологизации обеспечивает значительное улучшение качественного состава детрита. Так, на вариантах звеньев севооборота с донником жёлтым и люцерной синей детрит в своём составе содержит существенно более высокое количество азота (1,5-1,9%) по сравнению с контролем (0,6-0,9%). Благодаря этому соотношение углерода к азоту в этих растительных остатках снижается до 13-24, тогда как на контрольном варианте данный показатель варьирует в пределах 24-43.
1. Для увеличения количества лабильного органического вещества рекомендуется замена чистого пара на сидеральный (донник жёлтый) или занятый (люцерна синяя), бинарные посевы подсолнечника и озимой пшеницы с люцерной синей.
2. После раноубираемых культур (озимая пшеница, ячмень) необходимо проводить посев промежуточных культур на зеленое удобрение, используя для этого редьку масличную.
3. Заделку в почву пожнивного сидерата целесообразнее проводить совместно с соломой зерновых культур.
4. Зерновые культуры (озимая пшеница и ячмень) от посева к уборке увеличивают содержание детрита в почве, пропашные (сахарная свекла) ускоряли его минерализацию.
5. Для увеличения массы негумифицированного органического вещества необходимо использовать сочетание навоза, минеральных удобрений, соломы, сидератов (в пару и пожнивно).
Использование этих приемов обеспечивает увеличение содержания в пахотном слое почвы детрита с узким соотношением углерода к азоту, что обеспечит благотворное влияние на формирование биологической продуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Леонтьев А.К. Роль удобрений в процессах превращения органических веществ выщелоченного чернозема / А.К. Леонтьев: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Воронеж, 1966. 26 с.
2. Мухортов Я. Н. Роль культур в повышении плодородия почвы в севооборотах / Я. Н. Мухортов: Науч. тр. Воронеж, с.-х. ин-та, 1972. Т. 59. С. 24-29.
3. Королев Н.Н. Влияние способов возделывания культур в посевах на качественный состав гумуса почвы / Н.Н. Королев: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук, Воронеж, 1979. 28 с.
4. Зезюков Н.И. Предотвратить потери гумуса в черноземах // Н.И. Зезюков, А.В. Дедов, Н.И. Придворев // Земледелие. - 1999. - №6. - С. 10-11.
5. Когут Б. М. Трансформация гумусового состояния черноземов при их сельскохозяйственном использовании / Б.М. Когут // Почвоведение. - 1998. -№ 7. - С. 794-802.
6. Дедов А. В. Содержание в пахотном слое почвы подвижных форм органического вещества /А.В. Дедов, Е.В. Морозова // Агроэкология и устойчивое развитие регионов: материалы II Всерос. науч. конф. студ. и мол. уч. Ч. 1. - Красноярск, 2000. - С. 45-46.
7. Пичугин А.П. Эффективность приёмов комплексного повышения плодородия чернозёма выщелоченного в звене севооборота: пар (занятый, сидеральный) - озимая пшеница: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / А.П. Пичугин. -Воронеж, 2002. - 24 с.
8. Воронин В.И. Эволюция потенциального плодородия черноземных почв Центральных и Южных районов Русской равнины: дис. док. с.-х. наук // В.И. Воронин. - Харьков, 1989. - 384 с.
9. Коржов С.И. Зеленые удобрения как фактор устойчивости агроландшафтов / С И. Коржов, Т.А. Трофимова, В.А. Маслов // Вестник ВГАУ. - 2010. - №4. - С. 8-10.
10. Зезюков Н.И. Повышать эффективность использования удобрений / Н.И. Зезюков, А.В. Дедов, Н.И. Придворев // Земледелие. 1997. №5. С. 20-22.
11. Придворев Н.И. Изучение непаровых предшественников озимой пшеницы с целью повышения ее урожайности в лесостепи Центрального Черноземья / Н.И. Придворев: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Воронеж, 1978. 24 с.
12. Ганжара Н.Ф. Гумус, свойства почв и урожай// Земледелие. - 1989. - № 12. -С. 30 - 32.
13. Коротких Е.В. Пути сохранения плодородия черноземов / Е.В. Коротких / Экологизация адаптивно-ландшафтных систем земледелия: мат. междун. науч.-практ. конф. - 2013. - С. 161-164.
14. Морозова Е.В. Изменение биологических показателей чернозёма выщелоченного при воспроизводстве плодородия почвы: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Е.В. Морозова. - Воронеж, 2001. - 24 с.
15. Павлюченко А.У. Накопление и разложение растительных остатков в почве основных звеньев свекловичных севооборотов лесостепи ЦентральноЧерноземной зоны / А.У. Павлюченко: Автореф. дис. ... канд.с.-х. наук. Воронеж, 1986. 236 с.
16. Nesmeyanova M.A. Role of binary sowing crops with legumes for preserving and improving soil fertility // M.A. Nesmeyanova, T.G. Kuznetsova, A.V. Dedov // Вестник Орловского государственного аграрного университета. - 2013. - Т. 45. - №6. - С. 33-37.
