CC BY
91
УДК 631.51:631.84
Система No-till и ее влияние на доступность азота почв и удобрений: обобщение опыта
О.Н. БЕЛЯЕВА, кандидат биологических наук
Донской зональный НИИ сельского хозяйства
E-mail: ksu999@mail. ru
В статье на основе обзора зарубежных исследований сделана попытка обобщить факторы, которые могут привести к потерям азота и снижению его доступности для культур при использовании системы обработки почв No-till с тем, чтобы выявить закономерности, способствующие оптимизации азотного режима питания почв и предотвращению потерь азота.
Ключевые слова: No-till, иммобилизация, минерализация, денитрификация, растительные остатки, азотные удобрения.
Согласно расчетам Юнеско, численность населения земного шара к 2050 г. может возрасти в два раза [I]. Ообеспечить растущее население пищевыми ресурсами на фоне постоянного выведения из оборота сельскохозяйственных земель можно за счет выведения новых сортов, использования удобрений, снижения потерь из-за поражения растений вредителями и болезнями, улучшения технологий возделывания.
Один из способов, позволяющих не только получить необходимую урожайность, но и сохранить почвенное плодородие, - система No-till, при которой сев проводится по стерне и мульчирующему слою предшествующей культуры, в борозды или ленты на достаточную для заделки семян глубину. Технология получила широкое распространение за рубежом, особенно в Аргентине, США и Бразилии [2].
Случаи использования No-till в нашей стране еще крайне редки, так же как и научные публикации, посвя-м щенные этой теме. В настоящем ис-5 следовании ставилась задача обоб-N щить имеющиеся данные и выявить основные факторы, которые могут z лимитировать урожайность культур I при этой технологии. К одному из § таких факторов относится примене-5 ние удобрений, которое в системе ! No-till отличается от общепринятого, ® так как здесь не происходит их рав-
16
номерного распределения в пахотном слое и удобрения остаются в зоне внесения (рядки, или ленты) или на поверхности. Этот аспект следует учитывать с точки зрения планирования организации рационального питания культур, а также и с экономической точки зрения.
В представленной статье рассмотрена проблема азотного питания растений с учетом тех изменений, которые привносит система No-till. Азот относится к элементам, наиболее часто лимитирующим урожайность культур. Удовлетворение потребности культуры в азотном питании происходит за счет азота почвенного резерва и удобрений. Как известно, азот в почве может теряться в результате процессов улетучивания, иммобилизации, денитрификации и вымывания. Эффективность азотных удобрений составляет менее 70 % в умеренной зоне [3]. В целом наше представление об оптимальной системе внесения азотных удобрений все еще далеко от идеального и нуждается в исследованиях.
Почвенный резерв азота и система No-till. Два основных отличия системы No-till (NT) от традиционной обработки (ТО) - уменьшение интенсивности обработки и оставление пожнивных остатков предшествующей культуры на поверхности почвы. Мульчирующий слой из растительных остатков способствует снижению перепадов внутрипочвенных температур. Почва, покрытая толстым сло-
ем растительных остатков, будет прохладнее весной и летом, но теплее в течение осенне-зимнего сезона. Мульча и оставленная стерня уменьшают испарение и задерживают больше снега, что обеспечивает не только лучшую инсоляцию в холодное время года, но и сохранение влаги в почве, содержание которой обычно выше при ЫТ, чем по ТО [4].
Микроклимат на почвенной поверхности менее благоприятен для разложения растительных остатков, чем внутри почвы. В результате остатки будут разлагаться более медленно, и питательные вещества, входящие в их состав, в том числе и азотсодержащие, будут высвобождаться также медленно, что уменьшает количество доступных культуре веществ в текущем сезоне. Распад органического вещества уже находящегося в почве, может быть замедлен из-за пониженных температур под мульчирующим слоем [4].
Отсутствие стимуляции активности почвенных микроорганизмов почвенной обработкой приводит к большей минерализации соединений углерода и азота. Известно, что повышение температуры почвы на I °С интенсифицирует процесс минерализации примерно на 10 % И. Считается, что органическое вещество почвы часто заключено в макроагрегатах, благодаря которым оно защищено от декомпозиции. Механическая обработка ведет к разрушению почвенных агрегатов и обнажению органического вещества, делая его доступным микроорганизмам и стимулируя его разложение. Этот вывод подтверждается исследованиями, в которых изучалось влияние поверхностных пожнивных остатков на динамику азота (табл.).
Образцы почв, отбираемые в течение двух лет на делянках без при-
Количество нитратного и аммонийного азота (без внесения удобрений) в слое почвы 0-30 см в разные сроки отбора в системах обработки со вспашкой (традиционная обработка) и без нее (No-till) на черноземах, кг N/га [6]
Время отбора No-till Традиционная обработка НСР0,05
N-NOQ
Август (зябь*) 28 40 11
Ноябрь (зябь*) 57 85 15
Май (I год**) 75 111 16
Август (I год**) 7 7 4
N-NH.
Август (зябь*) 8 8 2
Ноябрь (зябь*) 3 2 1
Май (I год**) 2 2 1
Август (I год**) 10 6 4
"Образцы отобраны по зяби "Образцы были отобраны по культуре идущей в первый год после зяби
láóááíóéá ¡Ráü..p65 16 13.09.2013, 14:37
менения удобрений, при традиционной обработке содержали большее количество N-N03 по сравнению с No-till, что отражает большую минерализацию и, соответственно, меньшую иммобилизацию, индуцированную вспашкой (при этом солома оставлялась в обоих вариантах). Хотя низкая минерализация может привести к накоплению почвенного азота, описанное уменьшение, наряду с увеличением урожайности сельскохозяйственных культур при применении No-till, отмечаемое в ряде случаев, может привести к азотному дефициту при использовании этой системы, так как снижение общей минерализации окажет влияние на количество N, доступного для растений.
Для повышения урожая культур и его качества сроки внесения и дозы азотных удобрений должны быть пересмотрены в связи с изменениями системы почвенной обработки.
Азот удобрений в системе No-till. В системе без вспашки азотные удобрения, внесенные поверхностно, имеют тенденцию использоваться растениями менее эффективно. Это связанно с тем, что удобрения остаются на поверхности до тех пор, пока не перейдут в растворимую форму. При традиционной же системе обработки почвы поверхностно внесенные удобрения будут заделаны в почву последующей вспашкой, что уменьшает потери азота в результате улетучивания [7]. Чтобы снизить такие потери, необходимо тщательно подходить к выбору формы удобрения. Например,такое удобрение, как мочевина разлагается в почве до NH3 под действием фермента уреа-зы, содержание которой значительно увеличивается в верхнем слое при минимальной обработке, что приводит к потерям аммиака в атмосферу, особенно когда удобрение расположено близко к почвенной поверхности [8].
Вследствие улетучивания в мочевине остается меньше азота, доступного для растений, что вызывает необходимость применять более высокие дозы этого удобрения по сравнению с другими видами. Повышение pH почвы, содержание карбонатов или повышение дозы вносимой мочевины ведут к увеличению концентрации NHq в почве и к еще большему его улетучиванию. Потери аммиака зависят и от механического состава почвы, например, на песчаных и каменистых почвах они выше. Если мочевина вносится поверхностно на почву, покрытую мульчирующим сло-
ем растительных остатков, гидролиз этого соединения на мульче также может увеличить потери аммиака в результате улетучивания. Следовательно, нулевая обработка может увеличивать потери азота из таких удобрений, как безводный аммиак, карбамид и аммиакаты. Это связанно с повышенной уреазной активностью и с наличием мульчирующего слоя из растительных остатков на поверхности почвы [9].
Нитратный азот удобрений значительно меньше подвержен улетучиванию, но более подвижен в почве по сравнению с NH4+. Поэтому даже при поверхностном внесении удобрения, содержащие N03~, могут передвигаться вниз по профилю к корневой зоне достаточно быстро, что особенно важно для обеспечения растений элементами питания в начале вегетации. Следовательно, при использовании No-till поверхностное внесение удобрений, содержащих нитратный азот, может быть более эффективным, чем мочевины или аммиачных удобрений. В исследованиях, проведенных в Канаде [3], зарегистрирован более низкий коэффициент перехода 1SN в почву и растения из мочевины и сульфата аммония, чем из калийной селитры (KN03), при традиционной и нулевой системах обработки, но разница была более заметной в последнем случае. Так, по сравнению с KN03 использование 1SN растениями из мочевины было почти в два раза меньше. При традиционной обработке на серых почвах коэффициент усвоения 1SN для мочевины был больше на 16 %, для сульфата аммония - на 11 %, а на черноземах - соответственно на 27 и 28 %, чем при No-till. Разница в потерях 1SN между поверхностным внесением удобрений (нулевая обработка) и заделкой их в почву (обработка со вспашкой) отражает газообразные потери аммиака в системе No-till, так как при заделке удобрений в почву улетучивается совсем небольшой процент аммиака [10].
Пожнивные остатки и иммобилизация азота удобрений. Известно, что заделка пожнивных остатков в почву приводит к увеличению потерь азота в результате иммобилизации, особенно если они имеют высокое соотношение C:N. Обработка почв может повысить потери вследствие иммобилизации при совместной заделке удобрений и пожнивных остатков, в первую очередь, если имеется тесный контакт между ними. В системе No-till пожнивные остатки
в почву не заделываются, а остаются на поверхности. Тем не менее, при достаточной влажности может происходить активное их разложение, что также приведет к потерям азота в результате иммобилизации при разбросном способе внесения удобрений, потому что разлагающиеся остатки находятся в тесном контакте с высокой концентрацией доступного азота удобрений,внесенных таким способом.
В исследованиях, проведенных Nyborg и Malhi [6], в системе NT нитрат аммония был внесен поверхностно, а в системе T0 тоже поверхностно, но с последующей заделкой в почву. При оставлении пожнивных остатков в обоих вариантах урожайность зерна ячменя была выше при T0. Однако в вариантах с удаленными растительными остатками эти отличия были незначительны, что указывает на интенсификацию потерь в результате иммобилизации при No-till с присутствием соломы.
Этими же авторами в четырехлетнем опыте было изучено влияние мочевины, внесенной ленточным способом, на урожайность ячменя при различных способах обработки. Как показали исследования, при внесении низких доз удобрения урожай и коэффициент использования азота растениями ячменя было меньше при NT, чем при T0, но при высоких дозах урожайность ячменя в системе No-till была выше или такой же, как и при традиционной обработке. При использовании низких доз азота (до 33 кг/га) в системе No-till с оставлением соломы усвоение элемента ячменем и урожайность культуры были ниже, чем в варианте без соломы. Однако при внесении высоких доз азота (100 кг/га) в вариантах с соломой и без нее величины изучаемых параметров не отличались между собой. С одной стороны, снижение урожайности и использования азота может быть объяснено медленным высвобождением минерального азота в почве в системе No-till, с другой стороны, в вариантах с оставлением соломы и низкой дозой азотного удобрения это может быть объяснено иммобилизацией внесен- ^ ного азота. Иммобилизационный <в эффект, вызванный оставшимися | растительными остатками, был пере- § крыт внесением азота в высоких до- 1 зах при обеих обработках (с остав- 2 лением соломы и без нее), что обус- z ловило одинаковый урожай и одина- 2 ковый коэффициент использования ih
азота. Положительное влияние так i
со
3 Земледелие № 7
1абааТоёа ii+au..p65 17 13.09.2013, 14:37
называемой антидепрессирующей добавки (добавления компенсирующей дозы азота минеральных удобрений) были отмечены и другими учеными [11].
Следовательно, при поверхностно-разбросном внесении азотного удобрения требуются более высокие его дозы для компенсации иммобилиза-ционных потерь при системе No-tilll, особенно в присутствии растительных остатков с высоким отношением C:N. Когда дозы азота достаточно велики, даже при оставлении пожнивных остатков можно получать такие же урожаи, как и при традиционной обработке, или даже выше. Опыты, проведенные в Канаде [12], показали, что почвенная экосистема может адаптироваться к оставлению пожнивных остатков при системе No-till в течение нескольких лет.
Таким образом, при широком внедрении минимальной обработки, в частности, системы No-till как ее крайнего проявления, нужно уделять особое внимание динамике содержания азота в почве, поскольку этот элемент в значительной степени лимитирует урожайность культур в большинстве районов земного шара. Эффективность использования азотных удобрений, так же как и трансформация азота в почвах и его доступность растениям, могут меняться при нулевой обработке в зависимости от микроклимата, микробиологической активности почвы и местоположения удобрений относительно оставляемых пожнивных остатков. Повышенные дозы азотных удобрений могут быть необходимы в течение первых лет применения No-till. Доступность азота растениям различных культур достигается путем выбора вида удобрения, оптимизации дозы, срока и способа его внесения в соответствии с почвенно-климатическими условиями, а также задачами конкретного хозяйства.
Литература
I. Borlang N.E., Dowswell C.R. Fertilizer: to nourish in fertile soil that teed population that crowds a fragile world//Fertilizers News, 1993. - V. 38. - P. 11-20. w 2. Conservation Technology Information
0 Center / Crop residue management survey. - CTIC: West Lafayette In, 2005. - 69 p.
^ 3. Malhi S.S., Nyborg M., Solberg E.
Influence of source, method of placement and s simulated rainfall on the recovery of 15N-5 labeled fertilizers under zero tillage// щ Canadian Journal of Soil Science, 1996. -
1 N 76. - P. 93-100.
® 4. Carefoot, J.M., Lindwall M., Nyborg 18
J.M. Tillage-induced soil changes and related grain yield in a semi-arid region//Canadian Journal of Soil Science, 1990. - V. 70. - P. 203-214.
5. Шарков И.Н. Минимализация обработки и ее влияние на плодородие по-чвы//3емледелие, 2009. - № 3. - С. 2427.
6. Neborg M., Malhi S.S. Effect of zero and conventional tillage on barley yield and N-N03conent, moisture and temperature of soil in north-central Alberta//Soil Tillage Research., 1989. - N 15. - P. 1-9.
7. Mengel R.D, Nelson D.W., Nuber T.N. Placement of nitrogen fertilizers for no-till and conventional till corn//Agronomy, 1982. - N 74. - P. 515-518.
8. Dick, W.A. Influence of long-term tillage and rotation combinations on soil enzyme activities//Soil Science Society of America, 1984. - N. 48. - P. 569-574.
9. McInness, K. J. NH3 loses from application of urea-ammonium nitrate solution to straw residue//Soil Science Society of America, 1986. - N 50. - P. 969974.
10. Volk, G.M. Volatile loss of ammonia following surface application for no-till corn production//gronomy, 1959. - V.74. - P. 823-826.
11. Чуян, Н.А., Еремина Р.Ф., Черкасов Г.Н. Изменение запасов нитратного азота в различных слоях чернозема типичного при внесении соломы и растительных остатков с минеральными удоб-рениями//Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук, 2011. - Вып. 2. - С. 35-37.
12. Neborg M., Solberg E.D., Izaurralde R.C., Malhi S.S., Molina-Ayala M Influence of long-term tillage, straw and N fertilizer on barley yield, plant-N uptake and soil-N balance//Soil Tillage Research, 1995. - N 36. - P. 165-174.
Статья поступила в редакцию 30.07.2013
No-till system and its influence on availability of soil nitrogen and fertilizers: generalization of the experience
O.N. Belyaeva
On the basis of review of foreign studies summarized the factors that can lead to losses of nitrogen and reducing its availability to crops by using No-till systems. Regularities that contribute to optimizing nitrogen regime and prevention of soil nitrogen losses are identified. Keywords: No-till, immobilization, mineralization, denitrification, vegetable remains, nitrogen fertilizers.
Поздравляем !
I сентября исполнилось 7S лет Николаю Алексеевичу Максюто-
ву, доктору сельскохозяйственных наук, заведующему отделом земледелия и ресурсосберегающих технологий Оренбургского НИИСХ.
H.A. Максютов известен в научных кругах исследованиями в области обработки почвы и борьбы с проявлениями засухи на Южном Урале. Ученым была выявлена дифференциация пахотного слоя по плодородию при бессменном применении плоскорезных обработок, а длительные исследования кормовых и полевых севооборотов дали возможность разработать рекомендации производству по организации кормовой базы для мясного скотоводства.
Особую ценность представляют многолетние исследования биологических приемов повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала, в результате которых было обосновано применение сидеральных севооборотов в засушливых условиях. Успешно была решена и задача защиты парового поля от водной и ветровой эрозии.
H.A. Максютов - четырежды лауреат премии администрации Оренбургской области в сфере науки и техники, неоднократно награжден Почетными грамотами Минсельхоза РФ.
Коллеги и друзья поздравляют Николая Алексеевича с юбилеем и желают ему здоровья и творческого долголетия. Мы присоединяемся к этим поздравлениям и желаем активному автору нашего журнала всего самого доброго.
läöääiöeä i'i+äü..p65 18 13.09.2013, 14:37
