CC BY
13УДК 631.575.631.8
поступление органического вещества и незатратных источников азота на серых лесных почвах и изучение продуктивности севооборотов при разных уровнях интенсификации
А.А.Корчагин, к. с-х. н., А.А.Григорьев, к. с-х. н., В.В. Шаркевич, А.Т.Волощук, д. с-х. н.
— Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии E-mail: [email protected] В стационарном опыте в 5- ти шестипольных севооборотах, различающихся по уровню интенсивности использования пашни, рассмотрены поступление органического вещества в почву в зависимости от структуры севооборота, баланс гумуса складывающегося за счет растительных остатков возделываемых культур, влияние севооборотов на использование незатратных источников азота. Установлены особенности влияния различных типов севооборотов на урожайность сельскохозяйственных культур и их среднегодовую продуктивность.
Ключевые слова: севообороты, почва, минеральные удобрения, органическое вещество, баланс гумуса, незатратные источники азота, зерновые культуры.
Важнейшими задачами земледелия во Владимирской области остаются повышение устойчивости и увеличение производства сельскохозяйственной продукции при одновременном воспроизводстве плодородия почвы и оздоровлении экологической обстановки.
Такие возможности представляют адаптивно-ландшафтные системы земледелия, включающие комплекс мер по повышению плодородия почвы и
1.Схема севооборотов
урожайности сельскохозяйственных культур. Основой систем земледелия должны стать научно обоснованные принципы оптимизации структуры посевных площадей и формирование севооборотов [1 - 3].
В этом отношении определенный научно-практический интерес представляют результаты исследований на опытном поле отдела земледелия, проведенных на серых лесных почвах Владимирского ополья. Для изучения
взяты 5 шестипольных севооборотов, различающихся по уровню интенсивности использования пашни. Схемы севооборотов представлены в таблице 1. Первый севооборот - экстенсивный, в структуре занимает 17 % черный пар и 33 % многолетние травы. Далее по нарастанию интенсивности идут 2 и 3 севообороты, где применяется занятой пар и 50 % площадей представлены зерновыми культурами и наиболее интенсивные - 4 и 5 севообороты с 17 % пропашных и 66 % зерновых и зернобобовых культур. При этом севообороты тесно увязываются с уровнем применения удобрений, рассчитанные на определенную продуктивность: 1.Нулевой (экстенсивный) - продуктивность 18 - 20 ц/га зерн. ед. 2. Поддерживающий- продуктивность 21 - 23 ц/га зерн. ед. 3. Интенсивный - продуктивность 27 -41 ц/га зерн. ед. 4. Высокоинтенсивный-продуктивность 37 - 45 ц/га зерн. ед. (табл. 2).
Программой исследований предусмотрено изучить поступление органического вещества в почву в зависимости от структуры севооборота, влияние севооборота на использование незатратных источников азота для формирования урожая, возможный баланс гумуса в севооборотах, урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность севооборотов различных типов.
Агротехнические требования к полевым работам общепринятые для центральных районов Нечернозёмной зоны.
Общая площадь делянки - 140 м2, повторность четырехкратная. Спо-
Первый Зерновых -50% Многолетних трав- 33% Черного пара - 17% Второй Зерновых -50% Многолетних и однолетних трав- 50%
1. Овёс 2. Многолетние травы 1 г.п. 3. Многолетние травы 2 г.п. 4. Ячмень 5. Черный пар 6. Озимая пшеница 1. Овёс 2. Многолетние травы 1 г.п. 3. Многолетние травы 2 г.п. 4. Яровая пшеница 5. Занятый пар 6. Озимая рожь
Третий Зерновых -50% Многолетних и однолетних трав- 50% Четвертый Зерновых -33% Однолетних и многолетних трав- 50% Картофеля - 17%
1. Однолетние травы 2. Многолетние травы 1 г.п. 3. Многолетние травы 2 г.п. 4. Озимая рожь 5. Яровая пшеница 6. Овёс 1. Однолетние травы 2. Многолетние травы 1 г.п. 3. Многолетние травы 2 г.п. 4. Озимая пшеница 5. Картофель 6. Яровая пшеница
Пятый Зерновых -66% Однолетних трав- 17% Картофеля - 17%
1. Картофель 2. Ячмень 3. Однолетние травы 4. Озимая пшеница 5.Зернобобовые 6. Яровая пшеница
3.Поступление органического вещества в почву от структуры севооборота
2.Схема применения удобрений во второй ротации
Фон Нулевой Поддерживаю-щий Поддерживаю-щий Интенсивный Интенсивный Высоко-интенсив. Высоко-интенсив. Интенсивный Интенсивный Высоко-интенсив.
1 - М30Р50К90 ^0Р50К90 ^0Р60К120 ^0Р60К120 ^0Рв0К150 ^0Р60К120 N Р К 100 30 150 N Р К 140 30 190
2 - - - - - - - - N Р К 90 60 100 N Р К 120 70 150
3 - - - - -
4 - М30Р30К70 1\сР60К130 N Р К 60+30 50 110 N Р К 60+60 70 100 N Р К 120 70 100 ^0Р50К90 Навоз 40т. Навоз 8°т. М60
5 - - - ^0Р30К60 ^0Р50К125 N Р К 120 80 160 ^20Р90К75 ^0Р60К130 ^0Р90К90
6 Навоз 40 т. Навоз 40 т. N 40 Навоз 40 т. М30 Навоз 40 т. N „ 60 N Р К 90 60 100 N Р К 90 60 100 N Р К 120 90 120 ^0Р60К120 ^0Р60К90 N Р К 120 60 120
№ сево-оборота Чередование культур в севообороте Масса пожнивных и корневых остатков Масса запаханной соломы Всего органической массы Баланс гумуса, + - Масса пожнивных и корневых остатков Масса запаханной соломы Всего органической массы Баланс гумуса, + -
т/га в год ц/га т/га в год ц/га
Нулевой фон Поддерживающий фон
1. Овес -мн.травы 1 г.п. - мн.травы 2 г.п. -ячмень - чистый пар - оз. пшеница 3,6 2,0 5,6 -2,1 3,9 2,4 6,3 -2,0
Поддерживающий фон Интенсивный фон
2. Овес -мн.травы 1 г.п. - мн.травы 2 г.п. - яр. пшеница - од. травы - оз. рожь 4,4 2,2 6,6 -0,5 4,9 2,9 7,8 -0,3
Интенсивный фон Высокоинтенсивный фон
3. Од. травы -мн.травы 1 г.п. -мн.травы 2 г.п.-оз. рожь (пересев ячмень) - яр. пшеница - овес 4,4 2,2 6,6 -0,5 5,1 2,4 7,5 -0,2
Интенсивный фон Высокоинтенсивный фон
4. Од. травы -мн.травы 1 г.п. -мн.травы 2 г.п.-оз. пшеница (пересев яр. пшеница)-карто-фель- яр. пшеница 4,1 3,5 7,6 -1,4 4,4 3,8 8,2 -0,7
Интенсивный фон Высокоинтенсивный фон
5. Картофель -ячмень - од. травы - оз. пшеница (пересев яр. пшеница) - зернобобовые- яр. пшеница 3,6 5,5 9,1 -3,9 3,7 6,0 9,7 -3,3
соб учета урожая зерновых культур -сплошной поделяночный комбайном Sampo - 500, картофеля и многолетних трав - вручную.
В исследованиях различных севооборотов поступление массы пожнивных и корневых остатков колебалось от 3,6 до 5,1 т/га в год (табл. 3). Наибольшее количество поступления массы корневых и пожнивных остатков за ротацию отмечено на поддерживающем
и интенсивном фоне второго, интенсивном и высокоинтенсивном фонах третьеего и четвертого севооборотов, соответственно, 4,4 - 4,9; 4,4 - 5,1 и 4,1 - 4,4 т/га, где в структуре посевов 50% занимают однолетние и многолетние травы (табл. 3). Наименьшее поступление корневых и пожнивных остатков на обоих фонах наблюдается в пятом севообороте (3,1 - 3,7 т/га ) с 66% насыщением его зерновыми культурами
и 17% картофелем.
Первый севооборот занимает промежуточное положение (3,1 - 3,9 т/га ), где в структуре посевов 50% заняты зерновыми, 33% многолетними травами и 17% черным паром.
Несомненно, что столь высокий уровень пополнения органической массы напрямую связан с применением удобрений. При этом абсолютные показатели их, соответствующие уров-
4.Урожайность и продуктивность культур в севообороте
Севооборот/ культура Урожайность Сбор зерн. ед. Урожайность Сбор зерн. ед.
т/га
Севооборот № 1 Нулевой фон Поддерживающий фон
Овес 2,29 1,80 3,71 2,97
Мн. травы 1 г. п. 5,70 2,85 5,60 2,80
Мн. травы 2 г. п. 2,89 1,45 3,12 1,56
Ячмень 2,66 2,66 3,13 3,13
Черный пар - - - -
Оз. пшеница 3,94 3,94 3,92 3,92
Севооборот № 2 Поддерживающий фон Интенсивный фон
Овес 3,05 2,44 3,79 3,03
Мн. травы 1 г. п. 3,58 1,79 4,83 2,42
Мн. травы 2 г. п. 3,75 1,88 5,42 2,71
Яр. пшеница 3,12 3,12 3,59 3,59
Од.травы 5,38 2,15 5,81 2,32
Оз. рожь 4,86 4,86 4,87 4,87
Севооборот № 3 Интенсивный фон Высокоинтенсивный фон
Од.травы 4,39 1,76 5,06 2,02
Мн. травы 1 г. п. 4,19 2,10 6,12 3,06
Мн. травы 2 г. п. 4,48 2,24 5,65 2,83
Оз. рожь (пересев ячменем) 3,49 3,49 3,83 3,83
Яр. пшеница 3,77 3,77 3,86 3,86
Овес 3,68 2,94 3,87 3,10
Севооборот № 4 Интенсивный фон Высокоинтенсивный фон
Од.травы 4,53 1,81 4,96 1,98
Мн. травы 1 г. п. 4,33 2,17 5,22 2,61
Мн. травы 2 г. п. 4,73 2,37 5,15 2,56
Оз. пшеница (пересев яр. пш) 3,19 3,19 3,46 3,46
Картофель 19,80 4,95 21,79 5,45
Яр. пшеница 2,98 2,98 3,19 3,19
Севооборот № 5 Интенсивный фон Высокоинтенсивный фон
Картофель 27,77 6,94 29,70 7,43
Ячмень 4,01 4,01 4,15 4,19
Од.травы 6,13 2,57 6,24 2,50
Оз. пшеница (пересев яр. пш) 3,17 3,17 3,70 3,70
Зернобобовые 2,22 3,11 2,34 3,28
Яр. пшеница 2,95 2,95 3,28 3,28
ню массы природных биогеоценозов, были достигнуты только на фоне использования в качестве удобрений соломы. В этом случае масса поступившего в почву органического вещества поднималась до 5,6 - 9,7 т/га., в год. На обоих фонах пятого севооборота наблюдается поступление максимального количества органической массы (9,4
- 9,7 т/га), что связано с запахиванием значительного количества соломы возделываемых зерновых культур (5,5
- 6,0 т/га). Несколько уступает этому севообороту четвертый, где в зависимости от фона пополнение органической массы варьирует в пределах 7,6 и 8,2 т/га. Минимальное поступление органической массы отмечено в первом
севообороте (5,6 - 6,3 т/га), где в структуре посевов одно поле занято черным паром. Второй и третий севообороты занимают промежуточное положение между первым и пятым.
Вместе с тем следует отметить, что запахивание во всех севооборотах такой значительной массы на всех фонах оказалось недостаточным для поддержания стабильных показателей по гумусу. Убыль его составила от 0,2 до 3,9 ц/га. Снижение гумуса при таком поступлении органического вещества в год, вероятно, связано с неблагоприятными особенностями азотного фона почвы [1].
Убыль гумуса обусловлена более высокими темпами его минерализации за счет постоянной обработки почвы различными орудиями по сравнению с природными биогеоценозами и отчуждением товарной продукции изучаемых севооборотов. Несомненно, для формирования товарной продукции использовалась значительная часть азота гумуса почвы.
Значительное снижение гумуса отмечено на обоих фонах пятого севооборота (-3,9; -3,3 ц/га), что связано с большим насыщением их зерновыми культурами (66 %) и картофелем (17 %). Аналогичная закономерность отмечается на первом и четвертом севооборотах. Здесь убыль гумуса составила соответственно 2,1 - 2,0 и 1,4 - 0,7 ц/га. Это, вероятно, связано с более высокими темпами минерализации гумуса в черном пару и под пропашными культурами.
Незначительное снижение гумуса во втором и третьем севооборотах обусловлено значительным насыщением их однолетними и многолетними травами (50 %).
Следует отметить, что поступление в почву растительных остатков и запахивание соломы сопровождалось более скромными показателями накопления гумуса, нежели следовало ожидать по существующим методикам расчета. Это свидетельствует о неустойчивости и непрочном закреплении в почве свежеобразованных легких фракций гумуса [4,5]. Данный вывод нашел подтверждение в опытах на серых лесных почвах, проводимых во Владимирском НИИСХ [6].
Один из важных аспектов экологизации земледелия - решение вопроса повышения доли незатратных источников азота на формирование урожая сельскохозяйственных культур. При этом главное внимание нужно акцентировать на возможности использова-
5.Эффективность использования серых лесных почв в различных севооборотах, 2003 - 2008 г.г.
Схемы севооборотов Уровень интенсификации Продуктивность 6 - ти культур Средняя продуктивность Использование незатратного азота на формирование урожая, % Минерализация гумуса, ц/га Компенсация гумуса за счет пожнивных и корневых остатков, ц/га
т/га зерн. ед Урожаем Прибавкой
Овес -мн.травы 1 г.п. - мн.травы 2 г.п. -ячмень - чистый пар -оз. пшеница 40 т навоза 12,73 2,12 - - 62,3 10,9 5,6
N Р К 100 80 160 + 40т навоза 14,38 2,40 42,3 4,9 57,3 12,4 6,0
Овес -мн.травы 1 г.п. -мн.травы 2 г.п. - яр. пшеница - од. травы - оз. рожь N Р К 90 100 160 + 40т навоза 16,24 2,71 46,4 10,1 56,7 11,6 6,5
N Р К 210 150 310 + 40т навоза 18,94 3,16 28,3 9,3 56,3 11,5 7.6
Од. травы -мн.травы 1 г.п. -мн.травы 2 г.п.-оз. рожь (пересев ячмень) -яр. пшеница - овес N Р К 330 210 455 16,30 2,72 16,7 3,6 57,5 8,8 6.6
N Р К 420 270 520 18,70 3,12 15,5 5,0 57,9 9,4 7.8
Од. травы -мн.травы 1 г.п. -мн.травы 2 г.п.-оз. пшеница (пересев яр. пшеница)-картофель-яр. пшеница N Р К 330 220 430 17,47 2,91 17,8 4,9 66,4 9,7 6.1
N Р К 450 310 515 19,25 3,21 15,0 5,1 65,5 9,8 6.7
Картофель -ячмень -од. травы - оз. пшеница (пересев яр. пшеница) - зернобобовые-яр. пшеница N Р К 360 260 400 +60т навоза 22.75 3,79 22,3 9,9 48,4 15,1 4.2
N Р К 560 250 550 + 80т навоза 24,38 4,06 17,9 8,6 51,9 14,5 4.4
ния азота за счет симбиотической и не-симбиотической азотофиксации.
Используя для расчетов уровень не-симбиотической азотофиксации в количестве 4 кг/т соломы и известные по литературным источникам проценты потребления азота воздуха бобовыми культурами, мы получили показатели возможной азотофиксации в пределах 24,1 - 42,9 кг/га. Наиболее успешно она решается в четвертом севообороте с долей однолетних и многолетних трав 50 %, где на обоих фонах азотофикса-ция составила 38,4 - 42,9 кг/га севооборотной площади. Близкие данные получены в пятом севообороте. Значительно этим севооборотам уступает первый, где насыщенность многолетними травами составляет 33 и 17 %. Второй и третий севообороты занимают промежуточное положение между четвертым и пятым севооборотами.
Окончательное же значение культур, как предшественников, определяется количеством корневых, пожнивных остатков и накапливанием в них азота. Следует отметить, что заметных различий поступлений азота с пожнивными и корневыми в зависимости от структуры севооборотов и уровня
интенсификации не отмечено (19,0 -21,6 кг/га). Хотя наблюдается некоторое увеличение данного показателя на интенсивном и высокоинтенсивном фонах пятого севооборота (25,1 -28,9 кг/га).
Данные наших исследований свидетельствуют о роли многолетних бобовых трав в решении задач увеличения использования незатратных источников азота на формирование урожая сельскохозяйственных культур в севообороте (табл. 4). Во всех севооборотах с многолетними травами доля незатратных источников азота составляет 56 % и выше. Несколько уступает пятый севооборот с 66 % насыщением зерновыми и зернобобовыми культурами, где процент незатратных источников азота колебался в пределах 48,4 - 51,9 %. Отмеченные выше особенности необходимо учитывать при выборе севооборотов с различной долей участия в них разнообразных компонентов.
Расчет баланса гумуса произведен на основании данных потребления азота на формирование урожая и поступления от пожнивных, корневых остатков и соломы, а также азотофик-сации бобовых культур (согласно мето-
дики ВНИПТИОУ). При этом обращает на себя внимание тот факт, что увеличение содержание гумуса наблюдается в первом и втором севооборотах на фоне внесения 3,3 т/га севооборотной площади навоза, а также в третьем. Прирост гумуса в этих севооборотах составил 0,7 - 4,3 ц/га в зависимости от фона. Значительный прирост гумуса отмечен во втором севообороте (+2,3 ; +4,3 ц/га), где в структуре 50 % заняты однолетними и многолетними травами и вносится 3,3 т/га севооборотной площади навоза.
Наибольшие потери гумуса наблюдаются в четвертом севообороте 0,5 и 1,0 ц/га севооборотной площади. Минеральная система удобрений в четвертом севообороте не обеспечивает поступление достаточного количества органических остатков в почву для сохранения нулевого или положительного баланса гумуса. В этом севообороте для сохранения нулевого баланса гумуса необходимо внесение органических удобрений от 0,9 до 1,7 т/га севооборотной площади в зависимости от фона. Следует отметить, что в пятом севообороте для поддержания положительного баланса гумуса внесение на
интенсивном фоне 10 т/га навоза на севооборотную площадь оказалось явно недостаточным. Поэтому для сохранения нулевого баланса его в этом севообороте необходима дополнительная компенсационная доза навоза на интенсивном фоне 0,5 т/га севооборотной площади. Минерализация гумуса выше в пятом севообороте независимо от фона (14,5 - 15,1 ц/га). Это обусловлено высокой их продуктивностью за счет включения в чередование картофеля с высокой урожайностью и положительным влиянием его в качестве предшественника. Несколько ниже минерализация гумуса в первом и втором севооборотах (10,9 - 12,4 ц/га), где в структуре 33 % заняты многолетними травами и 17 % черным паром. Близкие данные минерализации гумуса (11,6 - 11,5 ц/га) получены во втором севообороте. Меньше всего минерализация гумуса наблюдается на обоих фонах в третьем и четвертом севооборотах ( 8,8 - 9,8 ц/га), где в структуре под однолетние и многолетние травы отведено до 50 %.
Реализация потенциальных возможностей различных культур зависит от предшественника и связанных с ним особенностей формирования агро-фитоценоза, мест их в севообороте и фона.
Из зерновых культур наивысший урожай у озимой ржи на поддерживающем и интенсивном фонах получены во втором севообороте 4,86 - 4,87 т/га после однолетних трав с внесением 40 т/га навоза (табл. 4). Высокая продуктивность наблюдается у ячменя на обоих фонах пятого севооборота 4,01 - 4,15 т/га после картофеля. Близкие результаты по урожайности получены у озимой пшеницы на нулевом и поддерживающем фонах в первом севообороте после черного пара с внесением органических удобрений в дозе 40 т/га (3,92 - 3,96 т/га).
Преимущество озимой ржи, многолетних трав, картофеля и зернобобовых культур как предшественника яровой пшеницы в изучаемых севооборотах вне зависимости от фона не наблюдалось. Урожайность яровой пшеницы колебалась в пределах 2,95 -3,59 т/га. Только в третьем севообороте на высокоинтенсивном фоне её урожайность достигла до 3,86 т/га.
Урожайность овса не уступает про-
дуктивности озимой и яровой пшенице и составляет 3,05 - 3,87 т/га за исключением нулевого фона первого севооборота, где урожайность составила 2,29 т/га.
Произошло снижение урожайности зернобобовых культур, и она колебалась в пределах 2,22 - 2,34 т/га. Не реагировали на изменение фона многолетние травы 1 и 2 г. п. Их урожайность варьировала в пределах 2,89 - 5,70 т/га. Только в третьем севообороте на высокоинтенсивном фоне урожайность многолетних трав 1 г. п. достигла до 6,12 т/га. Такая же закономерность наблюдается по однолетним травам за исключением пятого севооборота, где их урожайность составила 6,13 - 6,24 т/га. Явное лидерство по продуктивности изучаемых культур в севооборотах принадлежит картофелю, обеспечивающему на обоих фонах четвертого и пятого севооборотов урожайность 19,8 -29,7 т/га, что в переводе на зерновые единицы составляет 4,55 - 7,43 т/га.
Результаты исследований показывают, что продуктивность изучаемых севооборотов по выходу зерновых единиц находится в прямой зависимости от уровня интенсивности использования пашни и применения удобрений (табл.5). Самая низкая - 2,12 т/га зерновых ед. - продуктивность получена в первом севообороте без минеральных удобрений, где в структуре 17 % занято черным паром. Внесение Р80 К160 за ротацию увеличило её продуктивность до 2,4 т/га зерновых ед. Окупаемость 1кг д.в. удобрений прибавкой урожая составила 4,9 кг зерновых ед.
Замена черного пара занятым во втором севообороте повысило среднюю продуктивность его на обоих фонах с 2,4 до 2,71 - 3,16 т/га зерновых ед. и окупаемость 1кг д.в. удобрений до 9,3 - 10,1 кг. зерновых единиц.
В третьем севообороте увеличение доз минеральных удобрений не повысило его продуктивность по сравнению со вторым севооборотом, но снизило окупаемость 1кг д.в. удобрений с 9,3 -10,1 до 3,6 - 5,0 кг зерновых ед. Аналогичная закономерность наблюдается в четвертом севообороте.
Ежегодная средняя продуктивность пятого севооборота составила в пределах 3,79 - 4,06 т/га зерновых ед. По сравнению с первым севооборотом окупаемость 1кг д.в. удобрений повысилась с 4,9 до 8,6 - 9,9 кг зерновых ед.
Таким образом, результаты этих исследований подчеркивают необходимость выбора севооборотов в зависимости от решаемых экологических проблем разных групп и подгрупп земель.
Литература
1. Волощук А. Т. Адаптивно - ландшафтные особенности земледелия Владимирского ополья. М.: 2004, 448с.
2. Воробьёв С. А. Севообороты интенсивного земледелия. М.: Колос, 1979, 362с.
3. Нарциссов В. П. Научные основы систем земледелия. М.: Колос, 1976, 354с.
4. Кук Дж. У. Регулирование плодородия почв. М.: 1970, 520с.
5. Шарков И. Н. Минерализация и баланс органического вещества в почвах агроценозов Западной Сибири. Автореферат док. дисс. Новосибирск, 1977. 38 с.
6. Чернов О. С. Изучение рациональных агроприёмов повышения продуктивности севооборотов и оптимизация гумусового состояния серых лесных почв во Владимирском ополье. Автореферат канд. дисс. М., Немчинов-ка. 1999.
A.A.Korchagin, A.A.Grigorev, V.V. Sharkevich, A.T.Voloschuk. RECEIPT OF ORGANIC MATTER IN THE INEXPENSIVE NITROGEN SOURCES ON GRAY FOREST SOILS AND PRODUCTIVITY OF CROP ROTATION STUDY AT DIFFERENT LEVELS OF INTENSIFICATION.
In the steady experience in 5 - sixfield rotations differing by the level of intensity of use of arable land considered flow of organic matter in soil, depending on the structure of the rotation, the balance due to the prevailing humus plant residues of crops, crop rotation effects on the use of the inexpensive source of nitrogen are shown. The features of the effect of different types of crop rotation on crop yields and the average annual productivity were distincted.
Keywords: crop rotation, soil, fertilizers, organic matter, humus balance, non-spending nitrogen sources, crops.
