CC BY
53
***** ЯЗШСЖИ)Г ***** № 2(18) 2010
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.432.4+631.432
ОСОБЕННОСТИ ВОДНОГО РЕЖИМА СВЕТЛО-КАШТАНОВЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИЁМОВ ИХ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ
LIGHT- BROWN SOILS IN NIZHNEJE POVOLZHJE WATER REGIME PECULIARITIES DEPENDING ON THEIR MAIN METHODS
A.H. Сухов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
A.N. Sukhov
Volgograd state agricultural academy
Анализируются результаты многолетних исследований водного режима светло-каштановых почв Волгоградской области в зависимости от глубины и способа их основной обработки и складывающихся погодных условий.
Light-brown soils in Volgograd region water regime depending on their main tilling depth and method and weather conditions long-standing researches results are analysed in this article.
Ключевые слова: почвенная влага, обработка почвы, осадки.
Key words: soil moisture, tilling, precipitation.
В очень засушливой и сухой агрогидрологических зонах Нижнего Поволжья, где в основном залегают светло-каштановые почвы, при среднегодовом количестве осадков 270-350 мм и испаряемости с открытой водной поверхности 850-900 мм, почвенная влага является главным лимитирующим урожаеобразующим фактором. В условиях непромывного водного режима атмосферные осадки служат практически единственным источником пополнения почвенных влагозапасов. Недостаточность, неравномерность и непредсказуемость режима осадков требуют соответствующих мероприятий по увеличению наполняемости приходной части водного баланса и ограничения непродуктивных расходов почвенной влаги, которые в условиях Поволжья составляют около 60 % годовой суммы осадков [4].
Активным средством улучшения водного режима почвы является её механическая обработка, с помощью которой она приводится в такое состояние, при котором, с одной стороны, облегчается проникновение влаги осадков в почву и, с другой, - уменьшаются её непроизводительные потери в результате стока, снегосноса и физического испарения. Кроме того, она устраняет сорняки -агрессивные конкуренты культурных растений в потреблении влаги - и повышает эффективное плодородие почвы, в результате чего
культурные растения лучше развиваются и полнее используют водные ресурсы почвы.
Все технологические операции, выполняемые в процессе обработки почвы, в той или иной степени влияют на её водный режим, но особенно заметны рыхление и оборачивание. Глубина рыхления почвы оказывает прямое и косвенное положительное влияние: прямое - увеличивается водопроницаемость, водовместимость и водоотдача почвы, косвенное -формируется глубокий окультуренный слой почвы, на котором растения развивают более мощную корневую систему и полнее используют её водные ресурсы, активнее уничтожаются сорняки - потребители почвенной влаги - улучшается питательный режим почвы и растения экономнее расходуют влагу. Но в то же время в засушливых условиях глубокое рыхление способствует конвекционно-диффузным потерям влаги, и поэтому конечный результат не однозначен и зависит от целого ряда условий.
Наиболее очевидно положительное влияние глубокой осенней обработки почвы на её водный режим проявляется на склоновых землях. В плакорных условиях большинство авторов связывает её эффективность с погодными условиями осеннего и зимнего периодов. Так, в ОПХ «Камышинское» НВ НИИСХ, расположенном в зоне каштановых почв Нижнего Поволжья, глубокая вспашка оказала положительное влияние на весенние запасы почвенной влаги в годы с влажной осенью и многоснежной зимой. В малоснежные же годы на глубокой и мелкой зяби они были примерно одинаковыми [11].
Как считал П.И. Колосков, в районах, где за вневегетационный период выпадает не более 150 мм осадков, глубокая зябь не имеет преимуществ перед обычной или даже не вспаханной с осени [8]. А как раз такие условия и складываются обычно в зоне каштановых почв Нижнего Поволжья, где среднее количество вневегетационных осадков колеблется от 100 мм на юге до 150 мм на севере региона.
По Р.Э. Давиду [6], существует обратная корреляция между осадками августа-сентября и эффективностью глубокой зяблевой вспашки. Наибольшая польза от такой обработки наблюдается после сухой осени и снежной зимы, когда основная влагозарядка происходит за счёт талых вод, которые полнее усваиваются глубоко взрыхленной почвой. Осенние же дожди, по его мнению, хорошо поглощаются и мелкой зябью, а потери влаги из неё меньше. Он отмечает и «возрастающую эффективность глубокой вспашки по мере движения на юго-восток и в глубь степей, в острозасушливую область с суровой снежной зимой».
Многочисленные исследования отечественных и зарубежных учёных свидетельствуют о положительной агрогидрологической роли
безотвальной обработки почвы с сохранением стерни на поверхности [2, 9, 10, 3, 7]. Положительное влияние такой обработки они объясняют целым комплексом причин. На стерневом фоне накапливается больше снега, почва меньше промерзает, быстрее оттаивает весной и полнее усваивает талые воды, в тёплое время под светлой стерней уменьшается её прогревание, продувание и физические потери влаги, из-за отсутствия оборачивания в процессе осенней и особенно весенней обработки в ней лучше сохраняется остаточная влага.
По нашим наблюдениям, различия в содержании продуктивной влаги метрового слоя почвы весной по вариантам обработки обычно не превышали 10-15 мм, а по мнению известных агрометеорологов С.А. Вериго и П.А. Разумовой [5], именно в эти пределы укладывается ошибка определения влажности почвы под влиянием территориального фактора изменчивости. Если принять её в качестве нормативной, то хотя среднемноголетние показатели весенних влагозапасов метрового слоя почвы в целом ряде случаев существенно не отличались, наблюдались определённые изменения их динамики в зависимости от условий года, что необходимо учитывать при оценке и прогнозировании приёмов обработки почвы (табл. 1).
По результатам 186 годоучётов, влажность почвы в метровом слое после уборки зерновых культур повышалась к зиме с 0,55-0,63 НВ до 0,66-0,75 НВ (НВ=324,1 мм) или до 0,63-069 НВ в слое 0-1,5 м (НВ=424,0 мм), а перед посевом ранних яровых культур составила в среднем 0,73-0,80 НВ полутораметрового слоя. При этом наиболее полно аккумулировались осадки послеуборочного предзимнего периода - на 21,3-34,6 % (табл. 2).
Приём обработки Пар черный Озимая пшеница Яровые зерновые Кукуруза
и мм п мм п мм п ММ
Глубина отвальной обработки, ч 0,12-0,14 12 92,1 3 166,4 19 91,0 12 82,4
0,20-0,22 12 104,2 - - 19 97,0 12 81,2
0,25-0,27 12 95,7 л л 160,3 19 92,3 12 73,7
0,30-0,32 12 100,1 3 168,3 19 - 12 78,9
Глубина безотвальной обработки, м -0,12-0,14 5 106,5 5 114,0 16 96,2
0,25-0,27 5 112,9 5 130,2 16 108,5 - -
Способ обработки па 0,25-0,27 м Отвальная 9 83,6 4 91,8 18 78,9 3 69,2
Плоскорезная 9 96,0 4 97,7 18 93,4 п 3 61,3
Способ безотвальной обработки на 0,25-0,27 м 11лоскорезная. 4 113,4 6 126,7 6 102,1 „
СгойкаСибШЭ 4 110,8 6 126,0 6 107,0 -
Чизельная 4 97,5 6 105,5 6 92,8 .
' число наблюдений слой 0-1,5 м
Показатель Способ обрабо]ки Гл} бина отвальной обработки, м Глубина плоскорезной обработки.м
отвальная плоскорезная 0,25-0,27 0,12-0,14 0.25-0.27 0.12-0,14
Общий запас влаги в слое почвы 0-1,5 м перед уходом в зиму, мм 298,5 307,4 325,0 306,2 310,2 307,6
То же перед посевом ранних яровых культур, мм 311,1 333,8 330,6 320,4 339,0 320,2
Выпало осадков, мм 141,7 141,7 141,1 141,1 140,2 140,2
Усвоение осадков зимнего и ранневесеннего периодов, % 8,9 18,6 4,0 10,0 20,5 9,0
Общий запас влаги в слое почвы 0-1,0 м перед 185,4 188,6 182,4 180,6 203,2 203,2
уборкой ранних яровых культур, мм
То же перед уходом в зиму, мм 215,0 228,4 233,8 216,0 241,9 232,4
Выпало осадков, мм 139,2 139,2 1.48,6 148,6 122,9 122,9
Усвоение осадков послеуборочного предзимнего периода, % 21,3 28,6 34,6 23,8 31,5 23,8
* По способ}' обрабо1! ки почвы - в среднем за 9 лет для холодного и 7 - послеуборочного периодов, по глубине плоскорезной обработки - СООТНС1СГНС1ШО за 5 лет и 4 года, по глубине отвальной - в среднем за 6 лет
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА
Зимне-ранневесенние осадки в среднем усваивались только на 4,0-20,5 %, что связано с большими влагопотерями в период от снеготаяния до посева ранних яровых культур, которые, по данным НИИСХ Юго-Востока [4], составляют около 18 % годовых осадков. Определяющее влияние на усвоение осадков холодного периода оказывал уровень предзимнего увлажнения почвы. При значительном дефиците почвенной влаги по отношению к наименьшей влагоёмкости оно достигало 80-90 %, в то время как в годы с хорошим (0,8 НВ и более) увлажнением или бесснежной зимой иногда наблюдался даже отрицательный баланс.
Эти общие закономерности проявлялись по-разному в зависимости от приёмов обработки почвы. Так, по указанным ранее причинам, плоскорезная обработка по сравнению с отвальной улучшала водный режим почвы за счёт более полного усвоения вневегатационных осадков тёплого и особенно холодного периодов. На полях после озимых культур с достаточно густым и высоким жнивьём (не менее 100-150 шт./м2 стоящих стернинок высотой 0,1-0,15 м и более) скорость ветра в приземном слое воздуха снижалась в 1,5-2 и более раз, толщина снегового покрова увеличивалась в 1,5 раза и в годы с устойчивым снеговым покровом в полутораметровом слое почвы к весне дополнительно накапливалось до 50-60 мм влаги. Но в малоснежные годы, а также при низкой и редкой стерне, существенных различий не наблюдалось, а в годы с особенно сильной глыбистостью плоскорезной зяби и малоснежной ветреной зимой, - напротив, наблюдались более заметные, по сравнению с отвальной, потери влаги.
Положительное влияние плоскорезная обработка оказывала и на усвоение послеуборочных осадков теплого периода, особенно во влажную осень. В среднем же за 30 годоучётов в метровом слое плоскорезной зяби после озимых культур дополнительно накапливалось 21,8 мм, после яровых - 6-8 мм продуктивной влаги.
Положительное влияние на водный режим почвы оказала и безотвальная обработка стойками СибИМЭ, в то время как при чизельной он ухудшался из-за недостаточного рыхления почвы в междуследиях рабочих органов и связанного с этим уплотнения обрабатываемого слоя почвы.
Как показали наблюдения, глубина отвальной обработки существенным образом не сказалась на весенней влагозарядке и распределении влаги по почвенному профилю, которые в среднем были примерно одинаковыми и после мелкой (0,12-0,14 м), и после глубокой (0,25-0,27; 0,30-0,32; 0,25-0,27 с почвоуглубением до 0,40-0,42 м)
обработок. Это можно объяснить тем, что при сравнительно неглубоком и неустойчивом снеговом покрове и значительном послеуборочном водном дефиците почвы на равнинных участках выпадающие осадки усваивались мелкообработанной зябью на фоне предшествующей глубокой обработке наравне с постоянной глубокой.
Однако длительная (семь лет и более) систематическая мелкая обработка привела к ухудшению водного режима почвы вследствие переуплотнения нижней части пахотного слоя и распыления его поверхности. Так, в среднем за шесть лет второй ротации семипольного зернопаропропашного севооборота ранневесенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы уменьшились здесь на 14,3 мм, в то время как за эти же годы в зернопаровом севообороте, где мелкая отвальная обработка сочеталась с глубокой, они на 3 мм превышали влагозапасы контроля - постоянной вспашки на 0,25-0,27 м.
Мелкая же плоскорезная обработка (0,12-0,14 м) даже в системе разноглубинной обработки почвы в зернопаровом севообороте заметно уступала глубокой плоскорезной (0,25-0,27 м) в усвоении осадков и тёплого, и холодного периодов. Повышение агрогидрологической роли глубокой обработки на плоскорезном фоне связано, очевидно, с большим количеством аккумулирующихся здесь вневегетационных осадков, когда особенно заметно сказывается отрицательное влияние пониженной водопроницаемости мелко обработанной почвы.
В наших исследованиях установлена связь между эффективностью глубины зяблевой обработки и количеством августовско-сентябрьских осадков. Когда их выпадало менее 30 мм, заметное преимущество по ранневесенним запасам почвенной влаги имела мелкая зябь, 30-60 мм -глубокая, при более обильных наблюдалось выравнивание влагозапасов вследствие снижения утилизации осадков холодного периода на более увлажненных с осени фонах (рис. 1).
Такая же зависимость характерна и в целом для вневегетационных осадков. По данным 206 годоучётов, при небольшом их количестве различия по весенним влагозапасам обычно складывались в пользу мелкой обработки, в противном случае наблюдалось более устойчивое преимущество глубокого рыхления.
В системе разноглубинной отвальной обработки почвы периодическое, в течение двух-трёх лет, снижение её глубины до 0,12-ОД 4 м не приводило к ухудшению водного режима почвы, но на стерневом фоне уменьшило влагообеспеченность посевов яровых зерновых культур в весенний период вегетации.
а
2
03
и
X
т
X
е
е*
а
с
100
75
50
25
138
95
104
100
□ 95
< 30 30-60
X, осадки, мм
60-90
>90
Продуктивная влага в
слое 0-1,0 м при обработке на 0,25-0,27 м
Продуктивная влага в слое 0-1,0 м при обработке на 0Д2-0Д4 м
Урожайность яровой пшеницы при обработке на 0,25-0,27 м в % от обработки на ОД2-0,14 м
ы
аз
й
со
о
N
о
>3
о
•ч
о
о
3
§
й
м
о
¡4
§
о
>з
о
•ч
о
>3
0
1
й
>3
о
¡Ь.
Рисунок 1 - Эффективность глубины зяблевой обработки почвы в зависимости от августовско-сентябрьских осадков
К}
В черном пару к концу периода парования влажность метрового слоя почвы снижалась по сравнению с ранневесенней на всех вариантах опытов в среднем на 10,6-30,5 м, причём наибольшие потери имели место при остром дефиците летних осадков и значительном весеннем увлажнении почвы или при сочетании того и другого. В годы же с обильными летними осадками и низкими весенними влагозапасами - напротив, происходило дополнительное накопление влаги за весенне-летний период парования.
При плоскорезной обработке пара наблюдалась определённая тенденция увеличения влажности почвы по сравнению с отвальной, и это преимущество сохранялось в период осенней вегетации озимых культур.
В засушливом Нижнем Поволжье эффективность чистого пара определяется не только влагозапасами метрового слоя почвы, но и в значительной степени посевного и пахотного слоёв, от чего зависит сама возможность получения всходов и нормального развития озимых с осени. Так, по принятым Гидрометслужбой РФ оценочным показателям, содержание продуктивной влаги в посевном слое 0-0,1 м менее 15 мм считается неудовлетворительным, влагозапасы менее 20 мм в слое 0-0,2 м в период осеннего кущения озимых - плохими. По данным П.В. Артёменко и Г.Ф. Булащенко [1], при влажности светло-каштановой тяжелосуглинистой почвы в слое 0-0,1 м около 8 % семена озимых не прорастают вообще, близкой ВУЗ (10-11 %) - появляются единичные всходы, и оптимальным является диапазон от 13-14 до 19-20 %.
По среднемноголетним данным, водный режим черного пара в слоях 0-0,1 и 0-0,2 м сравнительно мало зависел от глубины и способа его основной обработки. Отмечена только слабовыраженная положительная тенденция в пользу мелкой и плоскорезной обработки. Так, в среднем за 10 лет при вспашке на 0,25-0,27 м влажность слоя 0-0,1 м при посеве озимых составила 16,9 и слоя 0-0,2 м - 17,1 %, что соответствовало содержанию продуктивной влаги 6,6 и 14,9 мм, при плоскорезной обработке на ту же глубину - соответственно - 17,2 и 17,1 % или 7,0 и 15,1 мм. В среднем за 12 лет после вспашки на 0,25-0,27 м эти показатели были 15,6 и 16,8 % (7,5 и 17,5 мм), после мелкой обработки на 0,12-0,14 м - соответственно -16,2 и 16,9 % (8,2 и 17,6 мм), при этом по всем вариантам опытов раз в пять лет продуктивная влага в посевном слое полностью отсутствовала.
Водопотребление сельскохозяйственных культур зависит от целого ряда биотических и абиотических факторов, среди которых определяющее значение имеет водный режим почвы. Исходя из уже отмеченных его особенностей в зависимости от приёмов обработки, выявились следующие закономерности (табл. 3).
Таблица 3 - Водопотребление сельскохозяйственных культур и окупаемость осадков
Обработка почвы Озимая пшеница Яровая пшеница Ячмень
а * расход воды окупаемость осадков, кг/мм п расход воды окупаемость осадков, кг/мм п расход воды окупаемость осадков, кг/мм
на 1 га посева на 1т зерна на 1 га посева на 1т зерна на 1га посева на 1т зерна
Учхоз «Горная' Іоляна» В ХХА
Отвальная 0,12-0,14 м - - - - 6 1307 1656 3,6 - - - -
Отвальная 0,25-0,27 м 4 1835 740 11,2 6 1308 1677 3,5 5 967 813 4,2
Безотвальная 0,12-0,14 м - - - - 6 1426 2203 2,9 - - - -
Безотвальная 0,25-0,27 м 4 1902 770 11,1 6 1530 2040 3,4 5 1134 961 5,3
Плоскорезная 0,25-0,27 м 4 2354 1079 9,8 - - - - 4 2199 1466 6,8
Стойка СибИМЭ 0,25-0,27 м 4 2382 1123 9,5 - - - - 4 2222 1472 6,8
Чизельная 0,25-0,27 м 4 2246 1200 8,4 - - - - 4 2158 2055 4,7
ОПХ «Новожизненское» НВ НИСХ
Отвальная 0,25-0,27 м 4 2567 944 7,4 4 2094 2327 2,4 4 2099 1390 4Д
Стойка СибИМЭ 0,25-0,27 м 4 2477 1003 6,7 4 2122 2234 2,6 4 2256 1880 3,3
Дискование 0,10-0,12 м 4 2394 1069 6Д 4 2020 2349 2,3 4 1970 1539 3,5
* Число наблюдений
Уровень увлажнения почвы под посевами сельскохозяйственных культур влияет на их водопотребление и окупаемость атмосферных осадков двояко. С одной стороны, чем он выше, тем выше и продуктивность растений, меньше коэффициент водопотребления в расчёте на единицу продукции и полнее окупаемость осадков, с другой - возрастают потери влаги на физическое испарение из почвы. Поэтому на плоскорезной зяби, лучше увлажнённой с весны, водопотребление в расчёте на 1 га посевов и 1 т зерна, как правило, повышалось, в то время как окупаемость выпадающих осадков определялась урожайностью возделываемых культур и отличалась сравнительно незначительно.
Наиболее продуктивно использовали влагу осадков озимые культуры, где их окупаемость соответствовала мировым стандартам зернопроизводетва и колебалась от 6,1 до 11,2 кг/мм с наименьшими значениями при чизельной и мелкой дисковой обработках. Эвапотранспирация посевов яровых зерновых культур сравнительно мало зависела от глубины зяблевой обработки; окупаемость осадков изменялась также незначительно, за исключением мелкой плоскорезной обработки, которая заметно уступала глубокой в результате снижения урожайности. Из приёмов безотвальной обработки почвы наименьшие показатели эвапотранспирации у чизельной, но здесь и самая низкая урожайность и окупаемость выпадающих осадков.
Таким образом, наиболее благоприятный водный режим светло-каштановой почвы складывается при её безотвальной основной обработке плоскорезами и стойками СибИМЭ с сохранением максимального количества стерни, которая способствует более полному усвоению как твёрдых зимних осадков и талых вод, так и жидких осадков тёплого периода.
Из-за ухудшения водного режима, мелкая обработка почвы может применяться в сочетании с периодической глубокой или другими приёмами разуплотнения нижних слоёв почвы, прежде всего в годы с её низкой осенней влагозарядкой. Однако эти ограничения не исключают возможности научно обоснованного использования современных технологий ресурсосберегающей мульчирующей обработки почвы как элемента адаптивно-ландшафтного сухого земледелия Нижнего Поволжья.
Библиографический список
1. Артеменко, П.В. Критические пороги влажности в период озимого сева / П.В. Артеменко, Г.Ф. Булагценко // Труды Волгоградского СХИ. Т. ХЫУ. - Волгоград, 1972. - С. 45-50.
2. Бараев, А.И. Теоретические основы почвозащитного земледелия / А.И. Бараев // Почвозащитное земледелие. - М.: Колос, 1975. - 304 с.
3. Буров, Д.И. Научные основы обработки почв Заволжья / Д.И. Буров. - Куйбышев: Кн. изд-во, 1970. -293 с.
4. Бялый, А.М. Водный режим в севообороте на чернозёмных почвах Юго-Востока / А.М. Бялый. - JL: Гидрометеоиздат, 1971. - 232 с.
5. Вериго, С.А. Почвенная влага /С.А. Вериго, П.А. Разумова. - JL: Гидрометеоиздат, 1973.-328 с.
6. Давид, Р.А. За глубокую вспашку на зябь / Р.Э. Давид // Против вредной теории мелкой пахоты. - Саратов: Кн. изд-во, 1933. - 150 с.
7. Джекс, Д. Мульчирование / Д. Джекс, У. Бринд, Р. Смит. - М.: ИЛ, 1958. - 218 с.
8. Колосков, П.П. Климатический фактор сельского хозяйства и агроклиматическое районирование / П.П. Колосков. - JL: Гидрометеоиздат, 1971. - 328 с.
9. Корчагин, В.А. Севообороты в степных районах Юго-Востока /В.А. Корчагин. -М.: Россельхозиздат, 1986. - 88 с.
10. Шатрыкин, А.И. Эффективность плоскорезной обработки почвы в зернопаропропашном севообороте в подзоне каштановых почв Волгоградской области: автореф. дис... канд. с.-хнаук: 06.01.01 / Шатрыкин Анатолий Иванович. -Кишинев, 1978. - 17 с.
11. Шульмейстер, К.Г. Избр. тр.: В 2-х т, Т.2 / К.Г. Шульмейстер. - Волгоград: Комитет по печати, 1995. - 480 с.
E-mail: [email protected]
