CC BY
25
ВЕСТНИК БЕЛОРУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ
АКАДЕМИИ № 4 2017
ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, СЕЛЕКЦИЯ, РАСТЕНИЕВОДСТВО
УДК: 631.51.
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
В ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Л. Н. ВИСЛОБОКОВА, Ю. П. СКОРОЧКИН, В. А. ВОРОНЦОВ
Тамбовский научно-исследовательский институт сельского хозяйства -филиал ФГБНУ «Федеральный научный Центр им. И.В. Мичурина», г. Тамбов, Россия, 393502, e-mail: [email protected]
(Поступила в редакцию 01.08.2017)
В Тамбовской области, в зоне неустойчивого увлажнения, проведены исследования в стационарном полевом опыте на черноземе типичном в севооборотах с короткой ротацией: зернопропашном - занятый пар-озимая пшеница-кукуруза-ячмень; зернопаропропашном - черный пар-озимая пшеница-сахарная свекла-ячмень; зернопаровом - черный пар-озимая пшеница-соя-ячмень. Сравнивали четыре системы основной обработки почвы: отвальную (традиционную), ресурсосберегающие (безотвальную, поверхностную, комбинированную отвально-безотвальную). На фоне обработок под культуры севооборотов применяли удобрения и пестициды. Цель исследований состояла в изучении влияния технологий возделывания сельскохозяйственных культур в севооборотах с применением разных доз минеральных удобрений и средств защиты растений на урожайность, экономическую эффективность их выращивания и свойства почвы. Замена традиционной отвальной вспашки ресурсосберегающими обработками почвы не приводит к существенным изменениям агрофизических свойств чернозема типичного. В технологиях с ресурсосберегающими системами обработки почвы обеспечиваются несколько лучшие условия влагообеспеченности полевых культур. Замена вспашки ресурсосберегающими способами обработки (поверхностным, безотвальным) приводит к усилению процесса дифференциации плодородия с концентрацией основного количества элементов питания растений в верхней (0-10 см) части пахотного слоя. Комбинированная система обработки почвы, где чередуются обработки без оборота пласта с отвальной вспашкой, обеспечивает снижение засоренности посевов до уровня, не влияющего существенно на урожайность культур. Продуктивность зернопропашного и зернопаропропашно-го севооборотов на фоне комбинированной отвально-безотвальной обработки увеличилась на 1,5 и 0,9 ц/га зерновых единиц. В зернопаровом севообороте отклонения по выходу продукции с 1 га пашни по различным обработкам существенно не отличались. Продуктивность севооборота варьировала в пределах 26,9-27,2 ц/га зерновых единиц с тенденцией ее повышения на фоне ресурсосберегающих обработок (поверхностной и безотвальной). Наиболее высокий уровень рентабельности производства продукции в севооборотах различного типа обеспечивают технологии на основе комбинированной от-вально-безотвальной системы обработки почвы. Технологии на основе комбинированной системы основной обработки почвы позволяют без снижения продуктивности культур, достигнуть наилучших экономических показателей при одновременном сохранении плодородия чернозема типичного.
Ключевые слова: обработка почвы, засорунность, структура, влажность, плотность почвы, продуктивность, эффективность.
In the Tambov region, in the zone of unstable moistening, studies were conducted in a stationary field experiment on chernozem typical in crop rotations with a short rotation: grain-tilled: occupied fallow - winter wheat - corn - barley; grain-fallow-tilled: autumn fallow - winter wheat - sugar beet - barley; grain-fallow: autumn fallow - winter wheat - soy - barley. Four systems of basic tillage were compared: moldboard (traditional), resource-saving (non-moldboard, surface, combined moldboard-chiseling). Fertilizers and pesticides were applied against the background of treatments for crop rotation. The purpose of the research was to study the influence of crop cultivation technologies in crop rotations with the use of different doses of mineral fertilizers and plant protection means on yield, the economic efficiency of crop cultivation and soil properties. The replacement of traditional moldboard plowing with resource-saving soil tillage does not lead to significant changes in the agro-physical properties of typical chernozem. In technologies with resource-saving systems of soil tillage, somewhat better moisture conditions are provided for field crops. The replacement ofplowing with resource-saving methods of tillage (surface, non-moldboard) leads to the intensification offertility differentiation process with a concentration of the main number of plant nutrients in the upper (0-10 cm) part of the arable layer. Combined soil tillage system, where there is alternation of tillage without soil turnover and moldboard tillage, ensures the reduction of the weediness of crops to a level that does not significantly affect crop yields. The productivity of grain-tillage and grain-fallow-tillage crop rotations on the background of combined moldboard-chiseling tillage increased by 0.15 and 0.09 t / ha of grain units. In grain-fallow crop rotaion, crop yield variations from 1 ha of arable land did not differ significantly according to various tillage methods. The productivity of crop rotation varied within the limits of2.69-2.72 t / ha of grain units with the tendency of its increase against the background of resource-saving tillages (surface and non-moldboard). The highest level ofprofitability ofproduction in crop rotations of various types is provided by technologies on the basis of a combined moldboard-chiseling soil tillage system. Technologies based on the combined system of basic tillage allow, without decreasing the productivity of crops, achieving the best economic indicators while maintaining the fertility of the typical chernozem.
Key words: soil cultivation, weediness, structure, humidity, soil density, productivity, efficiency.
Введение
Интерес к минимизации основной обработки почвы в области проявляется более 40 лет. В 70-х годах прошлого столетия на Тамбовской областной сельскохозяйственной опытной станции были проведены серии опытов по выявлению наиболее оптимального, рационального способа обработки занятых паров под посев озимых культур. В результате проведенных исследований были получены данные, которые позволили научно обосновать и рекомендовать сельхозпроизводителям мелкую безотвальную обработку почвы под озимые в занятых парах. Разработанная система основной обработки почвы положительно сказалась на перезимовке озимых, на их росте и развитии, и в конечном итоге на продуктивности. Учитывая, что при существующем положении дел в сельском хозяйстве в ближайшее время не ожидается резкого увеличения производства органических и внесений минеральных удобрений, ввиду высокой цены на них, необходимо использовать новые технологические подходы к системе обработки почвы, которая должна балансировать два взаимопротивоположных фактора -стимулировать биологическую активность почвы, приводящую к разложению гумуса с образованием доступных питательных веществ для растений и обеспечить его накопление, как носителя плодородия почвы. При этом система основной обработки почвы должна строиться на принципах минимизации в комплексе с оптимизацией блока химизации (удобрения, средства защиты растений) [1, с. 64].
Известно, что почва должна иметь определенные запасы всех факторов, необходимых для формирования продуктивности выращиваемых полевых культур при оптимальном их сочетании.
Ведущая роль принадлежит показателям, характеризующим состояние почвенно-поглощающего комплекса, содержание подвижных форм питательных элементов азота, фосфора, калия, гумуса, а также агрофизические и биологические свойства почвы.
Основная часть
В результате проведенных исследований была установлена закономерность, что черноземные почвы не нуждаются в ежегодном применении вспашки для регулирования агрофизикохимических и биологических факторов плодородия.
Данные, полученные в исследованиях, свидетельствуют, что замена традиционной разноглубинной вспашки в севообороте систематической поверхностной безотвальной и комбинированной (от-вально-безотвальной) обработкой не приводит к ухудшению структурно-агрегатного состава чернозема. Количество структурных агрегатов почвы размером 10-0,25 мм, т. е. агрономически ценной структуры на фоне поверхностной и безотвальной системы обработки почвы в зернопропашном севообороте, составляло 65,2-66 %, зернопаропропашном - 62,0-63,9 %, по традиционной вспашке этот показатель был на уровне 64,2 и 61,8 %. На фоне комбинированной отвально-безотвальной системы обработки количество структурных почвенных агрегатов составило 64,1 % в зернопропашном севообороте и 62,2 % в зернопаропропашном или было на уровне с традиционной вспашкой.
Исследованиями доказано, что почвы, в которых водопрочных почвенных агрегатов содержится менее 40%, подвержены сильному уплотнению. В наших опытах при использовании в севооборотах систематических поверхностной и безотвальной систем основной обработки почвы количество таких агрегатов в весенний период составило 57,6-59,7 % в зернопропашном севообороте и 56,9-60,7 % в зернопаропропашном, при показателе по традиционной вспашке, равном 55,9 % и 56,3 %. Для типичных черноземов тяжелосуглинистого механического состава верхний предел плотности сложения находится на уровне 1,27 г/см3. Применение в севооборотах систематической поверхностной и безотвальной обработки почвы существенным образом не сказалось на изменении плотности, которая оставалась на уровне с традиционной вспашкой. Весной, перед посевом, плотность сложения почвы в слое 0-30 см на фоне систематической поверхностной и безотвальной обработок составила 1,18-1,12 г/см3, по комбинированной отвально-безотвальной обработке 1,11 г/см3 в зернопропашном севообороте и в зернопаропропашном севообороте - 1,10; 1,05; и 1,06 г/см3 соответственно. На варианте с традиционной вспашкой этот показатель составлял 1,12 г/см3 в зернопропашном и 1,04 г/см3 в зернопаропропашном севооборотах.
От весны к осени или в течение вегетации культур плотность почвы повышалась, и наиболее существенное увеличение наблюдалось на фоне систематической поверхностной обработке. Следует отметить, что на вариантах с поверхностной обработкой плотность почвы выходила за верхний предел плотности сложения почвы на посевах пропашных культур и особенно сахарной свеклы, что отрицательно сказывалось на росте и развитии корневой системы и формировании урожая корнеплодов. Выявленная закономерность дает основание предполагать, что на черноземных почвах возможно применение в качестве основной обработки под зерновые культуры поверхностную обработку без риска существенного повышения плотности. Применение поверхностной обработки при подготовке почвы под сахарную свеклу не желательно, это может привести к существенному недобору урожая корнеплодов. Одним из мощных факторов, влияющих на водный режим почвы, является обработка почвы. Задача основной обработки не только накопить к периоду посева как можно больше влаги, но и с помощью физического строения пахотного слоя почвы эффективно ее расходовать на протяжении вегетационного периода.
Исследования Тамбовского НИИСХ показали, что разница в весенних запасах доступной влаги в севооборотах в зависимости от применяемых способов основной обработки почвы была незначительной. В технологиях, основанных на комбинированной отвально-безотвальной системе обработки почвы, наблюдалась тенденция большего количества доступной влаги, которой к посеву изучаемых культур ее содержалось в метровом слое 201,8 мм в зернопропашном и 217,0 мм в зернопаропропаш-ном севообороте. На фоне традиционной вспашке содержалось 199,4 и 202,1 мм доступной влаги. Минимальные способы обработки почвы в этот период не имели преимущества по запасам влаги, а на фоне поверхностной обработки отмечалась тенденция к их уменьшению. Изучение водопроницаемости почвы в зависимости от разных способов основной обработки показало, что лучшая водопроницаемость наблюдалась на вариантах с комбинированной отвально-безотвальной обработкой почвы. На фоне поверхностной обработки водопроницаемость снижалась в зернопропашном севообороте на 37,1 %; зернопаропропашном - на 41,5 % в сравнении с традиционной вспашкой. Замена традиционной вспашки в севообороте систематической поверхностной обработкой не только не улучшает интенсивность накопления доступной влаги, но и расход ее на образование единицы продукции менее продуктивен. В этом отношении наиболее эффективной оказалась комбинированная отвально-безотвальная обработка почвы, которая способствует улучшению влагообеспеченности культур севооборотов за счет большего накопления влаги и более продуктивного ее расходования [2, с. 25].
Исследованиями установлено, что систематическое применение минимальных обработок и в особенности поверхностной приводит к усилению дифференциации пахотного слоя по плодородию. В результате этого на фоне систематической поверхностной обработки содержание подвижного фосфора и обменного калия в верхней части пахотного слоя почвы увеличилось, а в нижней - наоборот, заметно уменьшилось. Разница между верхним (0-10 см) и нижним (20-30 см) слоем составила по фосфору 59 мг/кг, калию 63 мг/кг. По безотвальной обработке разница была несколько меньше 48 и 44 мг/кг почвы. В технологиях на основе ежегодной вспашки и комбинированной отвально-безотвальной обработки процесс дифференциации снижался. Разница между верхним слоем и нижним слоем пахотного горизонта составила по (Р2О5) 20 мг/кг, по (К2О) 24 мг/кг на фоне вспашки и, 21 мг/кг и 31 мг/кг по комбинированной системе основной обработки почвы. Замена традиционной вспашки в зернопаропропашном севообороте на поверхностную обработку привела к более существенному снижению элементов питания в нижнем слое. Разница по отношению к верхнему горизонту составила по подвижному фосфору 71 мг/кг, по обменному калию 78 мг/кг почвы [3, с. 58].
Такое перераспределение питательных элементов по профилю почвенного горизонта с концентрацией их основного количества в верхнем слое не совсем благоприятно отражается на питании растений, особенно в засушливые периоды. В результате корневая система зерновых культур в основной своей массе формируется в верхнем слое, из-за пересыхания которого они больше страдают от весенней и летней засухи, что в итоге приводит к снижению продуктивности культур.
Применяя ту или иную систему обработки почвы, можно формировать разное строение пахотного слоя по плодородию. Традиционная вспашка и комбинированная отвально-безотвальная обработка обеспечивают более равномерное распределение питательных элементов по профилю пахотного горизонта, а поверхностная и безотвальная обработки формируют гетерогенное строение с преимуществом верхнего слоя по содержанию питательных веществ.
Важным показателем плодородия почвы является органическое вещество, ее гумус.
Применяя те или иные способы обработки почвы, можно определенным образом влиять на эти процессы, тем самым усиливать или снижать процессы минерализации.
Наблюдения за динамикой гумуса показали, что в плане накопления гумуса наиболее выгодными оказались безотвальная и комбинированная отвально-безотвальная обработки, где за три ротации зернопропашного севооборота содержание гумуса в пахотном слое почвы увеличилось на 0,18 и 0,07 % по сравнению с исходным содержанием. В тоже время на фоне традиционной вспашки и поверхностной обработки за этот период произошло снижение содержания гумуса на 0,50 и 0,32 %. По вспашке такое снижение можно объяснить усилением минерализации органического вещества, а вот при систематической поверхностной обработке по причине концентрации корневых и пожнивных растительных остатков в верхнем слое почвы. Известно, что для процесса гумусообразования необходимо одно условие, взаимодействие разлагающего материала с минеральной частью почвы, что не было достигнуто при поверхностной обработке. Нижерасположенные слои почвы по профилю пахотного горизонта в этом случае ощущали недостаток свежих растительных остатков, и микроорганизмы почвы использовали для своей жизнедеятельности почвенный перегной, что привело к снижению гумуса. Из комплекса мероприятий, направленных на очищение полей от сорной растительности важная роль принадлежит обработке почвы.
Система основной обработки почвы Зернопропашной севооборот, в с эеднем за 1989-2000 гг. Зернопаропропашной севооборот, в среднем за 2001-2015 гг.
общее количество, шт./м2 в т. ч. многолетние, шт./м2 отклонение от контроля воздушно-сухая масса, г/м2 отклонение от контроля общее количество, шт./м2 в т. ч. многолетние, шт./м2 отклонение от контроля воздушно-сухая масса, г/м2 отклонение от контроля
всего в т. ч. многолетние всего в т. ч. многолетние всего в т. ч. многолетние всего в т. ч. многолетние всего в т. ч. многолетние всего в т. ч. многолетние
Традиционная разноглубинная вспашка (контроль) 49 7 - - 43,3 22,5 - - 20 1,5 - - 15,4 2,5 - --
Систематическая поверхностная 72 12 +23 +5 64,3 40,5 +21 +18,0 24 4 +4 +2,5 24,3 10,0 +8,9 +7,5
Систематическая безотвальньная 51 8 +2 +1 49,1 28,1 +5,8 +5,6 27 3 +7 +1,5 23,7 7,0 +8,3 +4,5
Комбинированная (отвально-безотвальная) 46 6 -3 -1 40,3 21,1 -3,3 -1,4 20 1,5 0 0 17,3 4,1 +1,9 +1,6
Таблица 2. Урожайность культур (ц/га) и продуктивность севооборотов (ц/га зерн.ед.) по различным системам основной обработки почвы
Система основной обработки почвы Зернопропашной севооборот (1989-2000 гг.) Зернопаропропашной севооборот (2001-2010 гг.) Зернопаровой севооборот (2012-2015 гг.)
горох, однолетние травы на сено, сено озимая пшеница кукуруза на силос ячмень продуктивность севооборота, ц/га зерн.ед. отклонение от контроля озимая пшеница сахарная свекла ячмень продуктивность севооборота, ц/га зерн.ед. отклонение от контроля озимая пшеница соя ячмень продуктивность севооборота, ц/га зерн.ед. отклонение от контроля
Традиционная разноглубинная вспашка (контроль) 16,3 52,3 32,0 284 28,5 32,6 - 38,2 470 37,3 49,4 - 46,4 20,0 37,2 26,7 -
Систематическая поверхностная 14,5 47,9 31,0 243 27,0 29,7 -2,9 36,5 420 33,9 44,9 -4,5 47,1 20,0 37,1 26,9 +0,2
Систематическая безотвальньная 17,5 47,8 31,4 270 26,6 31,2 -1,4 37,0 444 36,5 47,2 -2,2 45,1 20,6 39,7 27,2 +0,5
Комбинированная (отвально-безотвальная) 18,6 53,2 32,4 306 29,3 34,1 +1,5 38,1 481 38,0 50,3 +0,9 45,5 20,0 37,9 26,7 0
Результаты многолетнего полевого опыта Тамбовского НИИСХ показали, что использование в севооборотах систематической поверхностной системы основной обработки почвы существенно увеличивало засоренность посевов в сопоставлении с традиционной вспашкой (табл. 1). Наиболее четко это прослеживается в зернопропашном севообороте (горох-озимая пшеница-кукуруза-ячмень), где количество сорняков по поверхностной обработке было больше, чем при традиционной вспашке в среднем по полям севооборота в 1,5 раза. При этом заметно возросло количество многолетних сорняков в 1,7 раза, среди которых доминировал вьюнок полевой. На фоне систематической поверхностной обработки сорные растения имели наиболее развитую вегетативную массу, которая была выше, чем по традиционной вспашке на 21,0 г/м2, или на 48,5 %. Увеличилась и воздушно-сухая масса многолетних сорняков, в 1,8 раза, или на 80 %.
Засоренность посевов в этом севообороте по безотвальной систематической и комбинированной отвально-безотвальной системам обработки почвы находилась на уровне засоренности по традиционной вспашке. На фоне комбинированной системы обработки почвы наблюдалась тенденция к снижению количества сорняков.
В зернопаропропашном севообороте (черный пар-озимая пшеница-сахарная свекла-ячмень) уровень засоренности был ниже, чем в зернопропашном севообороте. В этом севообороте менее засоренными были посевы на фоне традиционной вспашки и комбинированной отвально-безотвальной системы обработки. Более высокий уровень засоренности отмечался на вариантах с систематическими поверхностной и безотвальной обработок. Количество сорняков увеличилось в 1,2-1,3 раза, в том числе многолетних в 2,7 и 2,0 раза по сравнению с традиционной вспашкой. Систематическая поверхностная и безотвальная обработки ведут к повышению засоренности посевов, особенно многолетними корнеотпрысковыми сорняками. Основным интегральным показателем эффективности основной обработки почвы является урожайность возделываемых культур. Результаты многолетних исследований Тамбовского НИИСХ показали, что замена традиционной вспашки систематическими поверхностными и безотвальными системами обработки почвы оказывает неоднозначное влияние на урожайность возделываемых культур и продуктивность различных типов севооборотов (табл. 2).
В зернопропашном севообороте систематическая поверхностная система обработки почвы снизила урожайность гороха на 1,8 ц/га, сена однолетних трав - на 4,4 ц/га. Существенно уменьшилась урожайность кукурузы на силос, разница с традиционной вспашкой составила 41,0 ц/га. Отмечалась тенденция к снижению урожайности озимой пшеницы и ячменя на 1,0 и 1,5 ц/га. Недобор урожая возделываемых культур в этом севообороте наблюдался и по систематической безотвальной обработке, за исключением гороха, урожайность которого превысила контроль на 1,2 ц/га.
В зернопаропропашном севообороте использование в качестве системы основной обработки почвы систематической поверхностной и безотвальной обработок привело к недобору урожая зерна озимой пшеницы на 1,7 и 1,2 ц/га, ячменя - 3,4 ц/га. Существенно снизился урожай корнеплодов сахарной свеклы на 50 и 26 ц/га соответственно. По обобщенным данным полевые культуры по степени убывания положительной реакции на минимизацию обработки почвы можно расположить в следующем порядке: озимая пшеница-соя-яровые зерновые-горох-однолетние травы-кукуруза-сахарная свекла. Целесообразность применения любого агротехнического приема зависит от их экономической эффективности. Система обработки почвы должна быть экономически целесообразной и низкозатратной. Из всех показателей экономической эффективности наиболее важным является уровень рентабельности. Из изучаемых систем основной обработки почвы в зернопропашном, зернопаропро-пашном и зернопаровом севооборотах наиболее высокий уровень рентабельности производства продукции обеспечила комбинированная отвально-безотвальная система, сочетающая вспашку под пропашные культуры и сою с безотвальной системой обработки под зерновые, зернобобовые (горох) и однолетние травы 178 %,176 % и 135 %. Следует отметить, что довольно высокий уровень рентабельности получен в зернопаровом севообороте с использованием систематической поверхностной и безотвальной систем основной обработки 131 и 128 %, что выше, чем по традиционной вспашке на 12 и 9 %. В севооборотах зернопропашного и зернопаропропашного типа по систематической поверхностной системе обработки получена самая низкая рентабельность производства продукции 142 и 159 %, при показателе по традиционной вспашке - 165 и 169 %.
В севооборотах зернопропашного и зернопаропропашного типа по систематической поверхностной системе обработки получена самая низкая рентабельность производства продукции 142 и 159 %, при показателе по традиционной вспашке - 165 и 169 %.
Заключение
Многолетними исследованиями установлено, что черноземные почвы обладают достаточно благоприятными природными агрофизикохимическими свойствами, оптимальными для большинства возделываемых культур и не требуют ежегодного применения традиционной вспашки. Это создает предпосылки для минимализации способов основной обработки почвы. При современном состоянии сельскохозяйственного производства в условиях Тамбовской области наиболее целесообразно в целях минимизации обработки почвы, использование в севооборотах комбинированной отвально-безотвальной системы основной обработки, включающей: разноглубинную вспашку под пропашные культуры; безотвальные обработки под зерновые, зернобобовые культуры; поверхностную обработку занятых и сидеральных паров под озимые. Комбинированная система обработки позволяет без снижения продуктивности возделываемых культур достигнуть наиболее высокой прибыли и уровня рентабельности при одновременном сохранении плодородия черноземных почв.
Непременным условием высокой эффективности комбинированной системы обработки является проведение основной обработки на фоне предварительного послеуборочного рыхления поверхности почвы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вислобокова, Л. Н. Система земледелия нового поколения Тамбовской области / Л. Н. Вислобокова, Ю. П. Ско-рочкин, В. А. Воронцов. - Тамбов: Изд-во Першина Р.В., 2016. - 439 с.
2. Воронцов, В. А. Влияние способов основной обработки почвы на еу водный и питательный режимы при возделывании сахарной свуклы / В. А. Воронцов // Земледелие. - 2013. - № 4. - С. 23-26.
3. Воронцов, В. А. Технологии земледелия в северо-восточном регионе ЦЧЗ / В. А. Воронцов // Тамбовский НИ-ИСХ. - Тамбов, 2011. - 79 с.
