CC BY
179
Повышение плодородия почвы и пути его сбережения на чернозёмах южных оренбургского Предуралья
Д.В. Митрофанов, к.с.-х.н.,
Оренбургский НИИСХРАСХН
Рост урожайности сельскохозяйственных культур в Оренбургской области невозможен без повышения плодородия почвы. Эта проблема за последние годы не только не уменьшилась, но ещё более обострилась.
Из-за дороговизны в области практически не применяются минеральные удобрения, которые используются для сохранения плодородия почвы [1].
Расширение площадей многолетних трав в качестве приёма повышения плодородия почвы не всегда оправданы, особенно в сухой степи Оренбуржья из-за низкой их продуктивности. Кроме того, процесс залужения в засушливых условиях длительный и дорогостоящий.
Солома зерновых культур является хорошим органическим удобрением, но по техническим причинам она практически не используется в этих целях.
В связи с такой ситуацией важную роль в настоящее время приобретает биологизация земледелия, направленная на более широкое использование биологических способов воспроизводства плодородия почвы.
По данным агрохимических исследований, ежегодно на чернозёмах южных теряется до 1 т гумуса на каждом гектаре, на чернозёмах обыкновенных — 0,83 и тёмно-каштановых почвах — 0,62 т [2].
Только за последние 40—50 лет содержание гумуса в области в чернозёмах типичных уменьшилось на 3 абсолютных процента, обыкновенных — на 1,7, южных — на 1,6 и тёмно-каштановых почвах — на 1%.
По данным государственного центра агрохимической службы «Оренбургский» и научных учреждений, за последние 20 лет содержание гумуса в пахотном горизонте (0—30 см) снизилось по зонам области на 0,2—0,7% [3].
Особенно много гумуса теряется на почвах под чистым паром. По данным Н.А. Максютова [4], на чернозёмах абсолютные потери гумуса на паровых полях достигают 1,76 т на 1 га.
Чтобы не допустить потерь гумуса, необходимо вносить на чистых парах оптимальное количество органических удобрений.
Расчёт баланса гумуса в почвах Оренбургской области показал, что ежегодный дефицит его приближается к 0,29—0,51 т на 1 га [5].
Основной причиной падения плодородия почвы в Оренбургской области являются эрозионные процессы в связи с высоким уровнем распаханности земель, нерациональным использованием отвальной вспашки, особенно на склонах и почвах, подверженных дефляции.
Самым незащищённым полем от всех видов эрозии в севооборотах до сих пор является паровое, особенно при размещении на нём яровой пшеницы. Принятая технология её возделывания в полосах с чередованием с паром очень трудоёмкая и практически не приемлема в производстве. Применение химических мер борьбы с сорной растительностью в паровом поле не всегда экономически оправданно и экологически небезопасно. Проблема защиты парового поля от водной, ветровой и биологической эрозии до конца не решена. Поэтому основными задачами современного земледелия являются приостановление деградации земель, сохранение и повышение плодородия почвы [6].
В борьбе с эрозией почвы научно-исследовательскими учреждениями области разработаны приёмы, способствующие снижению этих негативных процессов, однако по объективным и субъективным причинам они не всегда выполняются в производстве.
На основании многолетних стационарных исследований нами разработаны приёмы и технологии, способствующие успешному решению этой важной проблемы, не требующие для их внедрения больших затрат и вложений.
Одним из эффективных биологических приёмов повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур является использование зелёного удобрения. Однако этот приём широкое распространение получил на бедных почвах, с большим количеством выпадения осадков европейской части России. На чернозёмных почвах в засушливых условиях Юго-Востока и Южного Урала до 1988 г. не проводилось использование зелёного удобрения в целях воспроизводства плодородия почвы и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Материалы и методы. В Оренбургском НИИСХ ведутся исследования по решению данной проблемы в системе шестипольных севооборотов.
Опыты проводились с 2002 г. на базе многолетнего стационара по севооборотам и бессменным посевам сельскохозяйственных культур.
Почва опытного участка — чернозём южный карбонатный среднемощный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в пахотном (0—30 см) слое почвы 3,2—4,0%, общего азота — 0,20—0,31%, общего фосфора — 0,14—0,22%, подвижного фосфора — 1,5—2,5 мг и обменного калия — 30—38 мг на 100 г почвы, pH почвенного раствора — 7,0—8,1.
Для изучения были взяты следующие варианты нашего исследования:
1) пар чёрный кулисный — твёрдая пшеница — мягкая пшеница — сборное поле (кукуруза, просо, сорго, горох) — мягкая пшеница — ячмень (контроль);
2) пар сидеральный — твёрдая пшеница—мягкая пшеница — сборное поле (кукуруза, просо, сорго, горох) — мягкая пшеница — ячмень;
3) бессменный посев твёрдой пшеницы;
4) бессменный посев мягкой пшеницы;
5) бессменный посев ячменя;
6) бессменный посев кукурузы на силос;
7) бессменный посев сорго на силос;
8) бессменный отвальный чёрный пар;
9) бессменный безотвальный (плоскорезный) чёрный пар.
Исследования велись на двух фонах питания. Под непаровые предшественники на одной половине поперёк делянок под основную обработку вносили ^0Р40 кг д.в. на 1 га, под чёрный кулисный пар — Р80К40 кг д.в. на 1 га, а в сидеральном пару в качестве зелёного удобрения использовали сидераты (овёс + горох); вторая половина делянок изучалась без удобрений.
Результаты исследований. Различное влияние культур на плодородие почвы во многом зависит от интенсивности развития почвенной микрофлоры. Важное место в этом обстоятельстве, по мнению многих исследователей, занимает изучение биологической активности почвы.
Главную роль в микробиологических процессах почвы играют агротехнические приёмы обработки почвы и предшественники. Однако их влияние на биологическую активность почвы во многом зависит от сложившихся погодных условий.
В наших исследованиях это наглядно подтверждается результатами учёта степени разложения льняных полотен, которые показывают активность целлюлозоразлагающих микроорганизмов в почве, что влияет на запасы гумуса.
В такие засушливые годы, как 2002 и 2004, микробиологические процессы в почве были подавлены, а уровень биологической активности был низким в зависимости от фона питания. На удобренном фоне она была несколько выше, чем на неудобренном.
В благоприятный по увлажнению 2003 г. отмечалась совершенно другая картина. Выявлены устойчивая закономерность усиления
микробиологических процессов в почве после чёрного кулисного пара и постепенное затухание их по мере удаления от него. Самый высокий процент разложения льняного полотна (38,8%) был отмечен в посевах твёрдой пшеницы после чёрного кулисного пара на удобренном фоне по сравнению с другими культурами севооборотов и бессменных посевов.
В среднем за годы исследований при сравнении всех вариантов наибольшая биологическая активность почвы наблюдалась в зернопаровом севообороте, где находился горох, что объясняется биологическими особенностями этой культуры. В результате это явление можно объяснить ещё тем, что в активизации почвенной микрофлоры на делянках гороха большую роль сыграли удобрения, так как микробиологические процессы проходили в основном за счёт минерального питания, главным образом азотного.
Сохранению и повышению запасов гумуса в почве способствует выращивание сидеральных культур. С увеличением глубины запашки сидерата уменьшается скорость его разложения, следовательно, создаются более благоприятные условия для образования гумуса.
Впервые разработанные нами сидеральные пары, занятые злаково-бобовой смесью (овёс + горох), повышают урожайность твёрдой пшеницы до 0,2 т с 1 га, в сравнении с чёрным паром.
С зелёной массой и корнями сидеральных культур в почву поступает до 140 кг на 1 га биологического азота, до 30 кг фосфора и до 146 кг калия.
Важным показателем, характеризующим процессы трансформации органического вещества в почве, является баланс гумуса, который состоит из расходной и приходной частей. Расходная часть гумусового баланса — минерализация органического вещества почвы. Приход гумуса в почве складывался исходя из коэффициентов гумификации, из органического вещества сорняков, соломы, пожнивно-корневых остатков (ячмень) и сидеральной массы (овёс + горох).
Высокие биологические потери гумуса отмечены на обоих фонах питания в чёрном кулисном пару севооборота (табл. 1).
Причиной этого факта послужило одно из отрицательных качеств чёрного пара — повышенная минерализация гумуса, в то время как сидеральный пар практически весь период парования был занят культурами (овёс + горох) и поэтому обеспечил меньшую расходную часть гумусового баланса в севообороте.
По приходу гумуса за счёт сорняков, соломы и пожнивно-корневых остатков сидеральный пар севооборота несколько превосходил контрольный вариант в удобренном и неудобренном фонах соответственно на 0,05 и 0,15 т на 1 га.
1. Баланс гумуса в паровых полях севооборотов в зависимости от фона питания, т на 1 га (среднее за 2002—2007 гг.)
Вид пара Фон питания Мине- рализация гумуса Приход гумуса Сумма Баланс гумуса, т с 1 га, +/-
сорняков соломы пожнивно- корневых остатков сидеральной массы
Чёрный удобр. 1,86 0,15 0,67 0,74 - 1,56 -0,30
кулисный неудобр. 1,86 0,09 0,45 0,67 - 1,21 -0,65
удобр. 1,08 0,16 0,68 0,77 3,36 4,97 +3,89
неудобр. 1,08 0,07 0,56 0,73 2,91 4,27 +3,19
Примечание: удобр. — удобренный, неудобр. — неудобренный фон
2. Плодородие почвы в слое 0—30 см в зависимости от вида пара и фона питания за ротацию севооборотов (среднее за 2002—2007 гг.)
Вид пара Фон питания Гумус, % рН водной вытяжки Сумма поглощённых оснований, мг/экв на 100 г почвы
Чёрный кулисный под удобренный 5,0 7,7 32,7
яровую твёрдую пшеницу неудобренный 4,5 7,8 31,2
Сидеральный под удобренный 4,9 7,7 31,7
яровую твёрдую пшеницу неудобренный 4,3 7,9 30,0
Чёрный отвальный удобренный 4,2 7,8 31,7
бессменный неудобренный 4,1 7,9 30,0
Чёрный плоскорезный удобренный 4,6 7,7 32,1
бессменный неудобренный 4,3 7,8 31,1
Зелёное удобрение обеспечил бездефицитный баланс гумуса в изучаемых севооборотах. Высокий расход органического вещества в чёрном кулисном пару севооборота и отсутствие применения эффективного удобрения привели к отрицательному балансу гумуса в этом варианте по сравнению с сидеральным севооборотом, так как из 16,79 и 14,57 т с 1 га сидеральной массы образовалось соответственно 3,36 и 2,91 т гумуса на 1 га.
В системе шестипольных севооборотов при высокой урожайности сидеральных культур (овёс+горох) применение зелёного удобрения обеспечивает положительный баланс гумуса, где он составил на удобренном фоне 3,89 т, неудобренном — 3,19 т с 1 га.
В наших условиях почва обеспечивалась большим количеством биологического азота при внесении зелёного удобрения. Сидерация меньше обогащает почву фосфором и калием, вследствие чего требуется дополнительное внесение фосфорных удобрений, необходимость же внесения калийных удобрений отпадает, так как чернозёмам южным характерно высокое содержание калия.
Основным и наиболее объективным показателем изменения плодородия почвы является содержание гумуса за длительный период исследований, в нашем опыте наблюдения велись в паровых полях севооборотов и бессменных парах.
На удобренном фоне паровых полей севооборотов изменение произошло по количеству
гумуса, в сравнении с исходным его содержанием (4,0%) выше на 0,2—1%. На неудобренном фоне оно заметно падает, даже в сидеральном пару до 0,3% (табл. 2).
В бессменных парах содержание гумуса снижается, особенно на неудобренном фоне по сравнению с чёрным кулисным паром. Наибольшие потери его наблюдаются в бессменном отвальном пару и составляют 0,8%, что объясняется повышенной его минерализацией. При основной обработке чёрного пара безотвальными орудиями потери гумуса существенно ниже, на удобренном фоне — на 0,4 и неудобренном — на 0,2%. Необходимо отметить, что потери гумуса в бессменных парах произошли в основном за счёт его минерализации, так как ни водной, ни ветровой эрозии за все годы исследований не наблюдалось.
Заметное изменение в сторону увеличения произошло на обоих фонах питания и по сумме поглощённых оснований, количество которых было несколько больше на удобренном фоне.
Практически никаких изменений не наблюдалось по содержанию рН водной вытяжки, этот показатель не зависел от фона питания и вида пара.
Мониторинг за изменением плодородия почв в среднем за 2002—2007 гг. (за ротацию севооборотов) показал, что потери гумуса без применения удобрений составляют в севооборотах от 0,5 до 0,6 абсолютного процента, в бессменных плоскорезном и отвальном парах соответственно 0,1 и 0,3%. Применение минеральных удобрений
во всех севооборотах сохраняет потери гумуса, даже в бессменных парах.
В связи с недостаточным количеством и дороговизной минеральных удобрений для сохранения и повышения плодородия почвы необходимо переходить на биологическое земледелие. К таким приёмам относятся применение соломы в качестве удобрения и внедрение злаково-бобовой смеси (овёс + горох) в паровое поле.
Литература
1. Шульмейстер К.Г. Избранные труды. Волгоград, 1995. 932 с.
2. Программа сохранения и повышения плодородия почв
Оренбургской области на 2006—2010 годы «Плодородие». Оренбург, 2005. 30 с.
3. ЧасовскихН.П. Основные результаты реализации и перспективы выполнения программных документов по сохранению и повышению плодородия почв Оренбургской области // Сохранение и повышение плодородия почв в адаптивноландшафтном земледелии Оренбургской области. Оренбург, 2002. С, 25.
4. Максютов Н.А. Научные основы повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала: автореф. дис. ... д.с.-х.н. Оренбург, 1996. 106 с.
5. Кислов A.B. Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур // Наука и хлеб. Вып.5. Оренбург, 1998. С, 28-42.
6. Максютов Н.А., Жданов В.М., Лактионов О.В. Биологическое и ресурсосберегающее земледелие в степной зоне Южного Урала // РАСХН ОНИИСХ. Оренбург, 2008. 232 с.
