CC BY
11
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ В СИДЕРАЛЬНЫХ ПАРОВЫХ ЗВЕНЬЯХ НА ФОНЕ МУЛЬЧИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
Захаров П.Я., д.с.-х.н., Гольман Н.А., с.н.с.
ГНУ Нижне-Волжский НИИ сельского хозяйства
Производство зерна является приоритетным направлением в растениеводческой отрасли хозяйств с различной формой собственности. Возделывание зерновых культур осуществляется в узкоспециализированных зернопаровых севооборотах с площадью пара до 50% и зерновых колосовых до 40%. Это посевы озимой пшеницы и озимой ржи (32%), ячменя (6,2%) и яровой пшеницы (2,4%).
Все севообороты для производства зерна с большой площадью чистых паров и высоким насыщением зерновыми культурами создают дефицит гумуса за ротацию от 0,5 до 3 т/га (В.А.Барановская 1992; В.П.Зволинский и Д.М.Хомякова 1999). Кроме того, снижение гумуса в почве остается высоким и за счет эрозионных процессов.
Из-за недостаточного биоразнообразия севообороты с зерновой специализацией и короткой ротацией привели к ухудшению гумусного состояния пашни. Площадь наиболее плодородных почв составляет 959,4 тыс.га или 16,6% от всей земли в обработке. Почвенный покров с критической обеспеченностью гумусом занимает 512,2 тыс.га или 8,9%. Увеличение малоплодородной пашни за счет физической, химической и биологической деградации свидетельствует об опасном процессе опустынивания территории области.
В современных условиях одним из реальных и экономически выгодных путей, обеспечивающих приостановление падения плодородия почвы и увеличения выхода сельскохозяйственной продукции, является использование комплексного влияния таких доступных малозатратных биологических факторов, как: применение органических удобрений в виде измельченной соломы; использование биологического азота за счет введе-
ния в структуру посевных площадей азотфиксирующих бобовых и сидераль-ных культур; посев злакобобовых смесей; технология мульчирующей обработки почвы, которая обеспечивает условия разложения растительных остатков, близких к естественному почвообразовательному процессу.
На экспериментальном поле Ниж-не-Волжского НИИСХ в системе стационарного опыта проведены исследования по изучению влияния комплекса биологических факторов и ресурсосберегающей мульчирующей бесплужной обработки почвы на плодородие почвы и продуктивность пашни в системе паровых звеньев: 1. Небиологизированное: черный пар - озимая пшеница. (Контроль) 2. Биологизированное: сидераль-ный эспарцетовый черный пар - озимая пшеница. Система удобрений - органо-минеральная: измельченная ячменная и пшеничная солома с компенсирующей дозой азота 10 кг на 1 т соломы, зеленая масса эспарцета, которую в фазу полного цветения скашивали, измельчали косилкой КИР-1,5 с последующим дискованием тяжелой бороной БДТ-3.
Варианты мульчирующей обработки: 1) глубокая безотвальная обработка почвы плугом со стойкой СибИМЭ на глубину 25-27 см; 2) поверхностная обработка тяжелой дисковой бороной БДТ-3 на глубину 8-10 см.
Почва светло-каштановая слабосолонцеватая тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 1,74%.
В сухостепной зоне каштановых почв подземные воды не участвуют в создании урожая. Поэтому в условиях непромывного водного режима влагообеспеченность культур в осенне-зимний период зависит от количества выпавших осадков, а в пе-
риод вегетации культур ещё и от температуры воздуха.
В период исследования сложились крайне экстремальные агрометеорологические условия. По сравнению со средне многолетней величиной дефицит осадков составил 20%. Вегетация культур проходила в очень засушливых условиях: гидротермический коэффициент (ГТК) в 2006 г. - 0,80, в 2007 г. - 0,68 и в 2008 г. - 0,62.
В результате такой высокой напряженности агрометеорологических факторов биологизированные севообороты полностью не реализовали свои преимущества. В отдельные годы отмечена полная гибель сидеральной культуры. Это подтверждается крайне низкими запасами влаги в почве (НВ 50%).
Содержание элементов питания растений в фитомассе эспарцета в 1,52,0 раза выше, чем у зерновых культур. Азот и фосфор находятся в соотношении, наиболее благоприятном для ее разложения. В результате, включение в паровые звенья многолетних бобовых трав на сидерат положительно повлияло на качественный состав вовлекаемых в круговорот растительных остатков и создало более благоприятные условия для их трансформации в почве.
После внесения соломы и возделывания сидеральной культуры поступление органики в почву пара увеличивается с 1,1 до 3,9 т/га.
С учетом объема внесения органического вещества и его химического состава установлено, что сидерация пара обеспечивает лучшие условия для поступления в почву основных элементов минерального питания. В сидеральном звене их поступает 142-174 кг/га, что эквивалентно внесению на 1 га посевной площади 9,5-11,6 т/га навоза, при этом коэффициент фиксации азота по сравнению с небиологизированным черным паром увеличивается почти в 10 раз.
Основной и наиболее существенной характеристикой агрофизических свойств почвы является плотность. Она влияет, прежде всего, на накопление влаги и регулирует её расход.
По вариантам обработки почвы после возобновления вегетации весной уплотнения 0-0,2 м слоя не отмечено как на фоне глубокой, так и поверхностной обработке почвы. При глубокой обработке рыхлое сложение почвы сохраняется и в слое 0,2-0,3 м, тогда как при поверхностной обработке уплотнения возрастают до 1,25-1,28 г/см3. Анализируя динамику плотности во времени, следует отметить, что на всех изучаемых вариантах она значительно возрастает в слое 0,2-0,3 м до уровня средне плотной. Однако в период всей вегетации плотность оставалась в пределах благоприятного для озимой пшеницы 1,1-1,3 г/см3.
Установлено благоприятное влияние пожнивных остатков и сидерации пара в поддержании и сохранении агрономически ценной структуры почвы, повышение противоэрозионной устойчивости почвы.
Сухой рассев почвы показал, что насыщение поверхностного слоя почвы пшеничной соломой и зеленой массой сидерата увеличивает количество агрономически ценных структурных отдель-ностей при глубокой обработке почвы на 3,6% и поверхностной на 2,1%. Одновременно происходит снижение глыбо-образования и распыления почвы. Повышается противоэрозионная устойчивость поверхностного слоя светло-каштановой почвы за счет уменьшения количества эрозионно-опасной фракции на 0,9-6,7% соответственно при поверхностной и глубокой безотвальной обработке почвы.
Применение различных почвообрабатывающих орудий привело к изменению почвенной структуры. В сидераль-ном пару макроструктурных отдельно-стей от 10 до 0,25 мм больше при основной обработке почвы стойкой СибИМЭ. Обработка почвы тяжелой дисковой бороной привела к разрушению структуры и увеличению мелкозема в почве. Таким образом, структурообразование в почве идет лучше в сидеральном пару при его безотвальной обработке. Коэффициент структурности самый высокий - 5,4.
Однако результаты мокрого рассева указывают на слабую устойчивость структуры к воздействию воды. В результате высокой напряженности агрометеорологических факторов значитель-
но возросла эвапотранспирация. Это подтверждается высоким коэффициентом водопотребления озимой пшеницы (таблица 1).
Таблица 1 - Баланс почвенной влаги и водопотребление озимой пшеницы
Паровые звенья Варианты мульчирующей обработки почвы Содержание общей влаги в слое 0-1,0м, мм Осадки, мм Суммарное водопотреб-ление, мм Урожай-ность, т/га Расход воды на 1 т зерна, мм Окупаемость осадков, кг/мм
весной кущение перед уборкой
1. Небиоло-гизированное (контроль) Глубокая безотвальная 204,6 162,6 107,7 149,7 1,58 15,9 5,0
Поверхностная 200,8 161,3 107,7 147,2 1,50 14,7 1,7
2. Биологи-зированное Глубокая безотвальная 206,1 165,0 107,7 148,8 1,55 21,1 4,9
Поверхностная 206,7 169,8 107,7 144,6 1,45 12,7 4,6
Данные таблицы 1 показывают, что под посевами озимой пшеницы после весеннего возобновления вегетации запасы общей влаги различаются между способами обработки почвы незначительно, в то же время в биологизированных звеньях по сравнению с контрольным звеном содержание влаги на варианте с глубокой безотвальной обработкой почвы больше на 1,5 мм, а при поверхностной на 5,9 мм.
Во всех паровых звеньях эффективность использования осадков озимой пшеницы очень низкая - менее 10 кг зерна на один мм осадков.
Светло-каштановые почвы характеризуются низкой обеспеченностью азотом. Исследованиями установлено, что внесение свежего органического вещества существенно повлияло на азотный режим почвы как в паровом поле, так и под посевами озимой пшеницы.
Результаты компостирования почвы с сернокислым аммонием указывают на высокую нитратонакопительную способность почвы при насыщении ее поверхностного слоя органическим удобрением. Более интенсивно процесс нитрификации протекал на варианте с хорошим перемешиванием фитомассы с почвой. При поверхностной обработке светло-каштановой почвы потенциальная способность к накоплению нитра-
тов под посевами озимой пшеницы по сиде-ральному черному пару на 5,8 мг на 100 г почвы больше, чем при возделывании озимой пшеницы по черному пару. Аналогичная закономерность отмечена по величине актуальной нитрификационной способности. На варианте с глубокой безотвальной обработкой почвы, где вносимая растительная масса сосредоточена преимущественно на поверхности, нитрификация протекает менее интенсивно.
Поступление биофильных элементов питания с зеленой массой эспарцета способствовало улучшению не только азотного режима почвы, но и фосфорного.
Внесение зеленого удобрения в пар стимулирует дополнительное накопление усвояемого азота до 129 кг/га, фосфора до 222 кг/га и обменного калия до 987 кг/га. На паровом поле обеспеченность почвы весной азотом по сидеральному предшественнику средняя, доступным фосфором и обменным калием высокая.
Под влиянием отмеченных ранее погодных условий и состояния урожаеобра-зующих факторов сформировалась урожайность озимой пшеницы. За счет сравнительно высокой продуктивности озимой пшеницы урожайность зерна в сидеральных звеньях по безотвальной и поверхностной обра-
боткам превысила этот показатель контрольного звена на 10,3% (таблица 2).
В рыночных условиях важным показателем эффективности паровых звеньев является производство конкурентоспособного зерна по физическим и биохимическим по-
Сидерация парового поля способствовала значительному повышению содержания клейковины в зерне озимой пшеницы как при безотвальной обработке - 39,4% (по черному пару 34,9%), так и при поверхностной - 40,5% (контроль 38,3%).
казателям качества (таблица 2).
Таблица 2 - Влияние биологизации паровых звеньев на урожайность и качественные показатели зерна озимой пшеницы
Паровые звенья Варианты обработки почвы Урожайность, т/га Показатели качества зерна в среднем 2007-2008 гг
2007 2008 среднее объемная масса зерна, г/л соде ржание, %
белка сырой клейковины
1. Небиологизир ованное (контроль) Черный пар -Озимая пшеница Глубокая безотвальная 1,15 1,97 1,56 716 19,4 34,9
Поверхностная 0,99 2,27 1,63 738 20,2 38,3
2.Биологизирован-ное Сидеральный пар -Озимая пшеница Глубокая безотвальная 0,82 2,61 1,72 732 19,1 39,4
Поверхностная 1,22 2,35 1,79 724 18,8 40,5
В целом в биологизированном звене зерно озимой пшеницы ежегодно по количеству клейковины удовлетворяет требованиям сильной. Однако по качеству она неудовлетворительная (115-120 у.е.).
В новых условиях ведения земледелия приоритетной оценкой эффективности паровых звеньев и мульчирующей обработки почвы являются показатели энергосбережения. При поверхностной обработке удельный расход топлива на гектар составляет 6 кг, тогда как при глубокой безотвальной 15 кг/га или в 2,5 раза меньше. Одновременно производительность почвообрабатывающего агрегата для мульчирующей мелкой обработки в 1,7 раза больше. Только за счет снижения расхода горючего и повышения выработки на единицу времени удельные затраты энергии на производства 1 кг зерна
снижаются при поверхностной мульчирующей обработке в биологизированном звене по сравнению с небиологизированным звеном с 13,6 до 11,7 МДж. Технология возделывания озимой пшеницы по сидеральным парам, на фоне глубокой безотвальной (2527 см) мульчирующей обработки почвы позволяет увеличить коэффициент энергетической эффективности с 3,3 до 3,6, а при поверхностной (8-10 см) обработке с 3,3 до 3,7.
Таким образом, обеспечение потенциального и эффективного плодородия почвы в наиболее затратных паровых звеньях ус-коспециализированных зерновых севооборотов следует осуществить путем насыщения их пожнивно-корневыми остатками с компенсирующей дозой азота и биологизи-рованной зелёной массой сидератов.
