Влияние интенсивности применения удобрений и вида севооборота на агрохимические и биологические свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы Мещёрской ландшафтной провинции

Влияние интенсивности применения удобрений и вида севооборота на агрохимические и биологические свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы Мещёрской ландшафтной провинции

ЕВ.Марчук, ст.н.с., ФГБНУ ВНИИОУ

В настоящее время эффективность растениеводства в Нечернозёмной зоне находится на невысоком уровне. Более 70% сельхозпроизводителей выращивают продукцию по экстенсивным технологиям. Значительное сокращение применения удобрений и известковых материалов и чрезвычайно низкая эффективность использования производственных ресурсов приводит к деградации ранее окультуренных дерново-подзолистых почв и прогрессирующему снижению урожайности сельскохозяйственных культур [1, 2]. Возможным выходом из аграрно-экономического кризиса является курс на адаптивную интенсификацию сельскохозяйственного производства с учётом природно-ресурсного потенциала и производственно-экономических условий, активизирующих потенциал почвенного плодородия и эффективность средств химизации [3].

Основным способом увеличения продуктивности пашни на дерново-подзолистых почвах является применение высоких доз удобрений, рассчитанных на возмещение выноса питательных веществ с урожаем и повышение почвенного плодородия. При этом внесение удобрений, являясь высокозатратным мероприятием, часто не окупается, к тому же создаётся риск техногенного загрязнения почвы. Предлагаемым способом решения данных проблем является использование биологических средств интенсификации земледелия: оптимизация чередования культур в севооборотах, максимально возможное использование органических удобрений и растительных остатков, расширение посевов однолетних и многолетних бобовых культур, использование поливидовых посевов, повышение доли биологического азота в азотном балансе агроценозов [4 — 7].

Изучение факторов интенсификации земледелия по отдельности часто не даёт реальной картины их эффективности в производственных условиях, где все экологические факторы находятся во взаимовлиянии и взаимосвязи [8]. В проведённых в 2007 — 2012 гг. исследованиях был сделан акцент на оценке комплексного действия техногенных (удобрения) и биологических (бобовые культуры, сево оборот) факторов.

Материал и методы исследования. Опыт заложен на опытном поле института на территории Владимирской области. Местонахождение опытного поля — округ Судогодское Синеборье Мещёрской ландшафтной провинции, представляющей собой слабоволнистую, лесную, озёрно-аллювиальную

равнину. Почвообразующие породы — московские озёрно-ледниковые мощностью 3 — 5 м пески и супеси, залегающие на размытых валунных суглинках днепровской морены. В песках часто развит горизонт надморенной верховодки. В почвенном покрове на высоких междуречьях доминируют дерново-сильноподзолистые и дерново-подзолистые глее-ватые почвы, на склонах — дерново-подзолистые глееватые [9].

Опыт заложен методом расщеплённых делянок по следующей схеме: фактор А — три пятипольных севооборота: зерновой — однолетние травы, озимая пшеница, яровые зерновые, однолетние травы, озимая пшеница; зернопропашной - однолетние травы, озимая пшеница, однолетние травы, картофель, ячмень; зернотравяной - однолетние травы с подсевом многолетних трав, многолетние травы 1 г.п., травы 2 г.п., озимая пшеница, ячмень; фактор В — наличие бобовых культур в севооборотах (30% площади); фактор С — система удобрений: 1) без удобрений; 2) Р^К^; 3) N4P35 K45; 4) N0P35K45 + навоз подстилочный, 10 т/га; 5. N80P60K90. Повторность опыта — трёхкратная, площадь делянки — 118 м2.

Агротехника возделывания полевых культур предусматривала ежегодную зяблевую вспашку на глубину 22 — 24 см и весеннюю предпосевную культивацию. В системе защиты растений проводили химические обработки посевов зерновых культур и картофеля гербицидами, при превышении экономических порогов вредоносности применяли фунгициды и инсектициды.

Подстилочный полуперепревший навоз вносили осенью под основную обработку почвы. Он имел следующие показатели: влажность - 76 — 82 %, зольность - 31,3%, рН - 8,2, азот общий - 0,33 - 0,42%, фосфор общий - 0,37 — 0,43%, калий общий -0,31 — 0,49%, содержание углерода - 34 — 42%. Солому зерновых измельчали при уборке и запахивали. Минеральные удобрения вносили под все культуры в равных дозах, соответствующих вариантам опыта, в виде аммиачной селитры (34% д.в.) простого гранулированного суперфосфата (24% д.в.), и калийной соли (60% д.в.).

Для посева использовали районированные, экологически пластичные сорта зерновых, картофеля, бобовых культур и трав: озимую пшеницу сорта Заря, ячмень сорта Зазерский 85, овёс сорта Друг, картофель сорта Удача, вику посевную сорта ВИК 9, люпин узколистный сорта Кристалл, тимофеевку луговую ВИК 9, клевер луговой ВИК-7.

Почва опыта — дерново-слабоподзолистая неглубоко контактно-глееватая, со следующими

агрохимическими показателями: рНкс1 - 5,5 — 5,9, содержание подвижного фосфора — 28 — 83 мг/кг, обменного калия (по Кирсанову) — 91 — 108 мг/кг, гумуса — 1,2 — 1,25%, Нгидр. — 1,3 — 2,2, сумма обменных оснований — 4,5 — 5,9 мг-экв. /100 г почвы, степень насыщенности основаниями - 75 — 82%.

Вторая агроклиматическая зона Владимирской области, где проводили исследование, по вла-гообеспеченности относится к зоне достаточного увлажнения. Средняя многолетняя сумма осадков составляет 550 — 575 мм, испаряемость - около 400 мм в год. В период активной вегетации в среднем выпадает 240 — 280 мм осадков. В обычные годы этого бывает достаточно для создания в почве хорошего запаса продуктивной влаги (весной её обычно бывает 140 — 185 мм в метровом слое). Длительность периода активной вегетации с устойчивыми температурами выше +10°С составляет 132 — 135 дн. Сумма среднесуточных температур воздуха за этот период — 2000 — 2100°С. Гидротермический коэффициент по Селянинову составляет в среднем за вегетационный период 1,2 — 1,4.

Однако погодные условия Владимирской области характеризуются довольно высокими отклонениями климатических показателей от среднемного-летних значений. Метеоусловия вегетационных периодов 2007 — 2012 гг. различались между собой как по температурному режиму, так и по режиму увлажнения. Из шести лет исследования два года (2009 и 2012) имели климатические показатели, близкие к среднемноголетним значениям. Погодные условия вегетационных периодов 2007, 2010 и 2011 гг. характеризовались как засушливые, 2008 г. был избыточно влажным.

Результаты исследования. В ходе исследования установлено, что продуктивность агроценозов определялась сочетанием всех изучаемых в опыте антропогенных и биологических факторов интенсификации. В целом за ротацию максимальная продуктивность была получена в зернопропашном сево обороте - 28 ц/га з.е. в среднем по всем вариантам внесения удобрений. Значительно уступали ему зерновой и зернотравяной севообороты без бобовых культур, где средняя по вариантам

продуктивность составляла 20 и 23 ц/га з.е. соответственно. Введение в эти севообороты бобовых культур обеспечило увеличение продуктивности зернового севооборота на 2,0 — 3,7, зернотравя-ного — на 3,8 — 6,9 ц/га з.е., причём наибольший эффект от насыщения севооборотов бобовыми наблюдался в вариантах без азотных удобрений и в варианте со средними дозами удобрений (табл.1).

Прирост продуктивности севооборотов при внесении средних доз минеральных удобрений составил 7,9 — 11,1 ц/га з.е., при совместном применении 10 т/га подстилочного навоза и минеральных удобрений в дозе ^0Р35К45 — 10,9 — 14,1, на фоне повышенных доз минеральных удобрений 12,1 — 14,9 ц/га з.е. Общим для всех севооборотов было снижение эффективности применения удобрений на 10 — 13% при введении в севообороты бобовых культур, что можно объяснить появлением дополнительного источника азота в результате симбиотической азотфиксации бобовыми культурами.

Максимальная оплата 1 кг питательных веществ удобрений была получена в зернопропашном севообороте: на фоне средних доз удобрений — 8,6 — 9,8, на фоне повышенных — 6,0 — 6,7 кг з.е. В зерновом и зернотравяном севооборотах наиболее приемлемую оплату 1 кг КРК, 6,6 — 7,8 кг з.е., получили в варианте со средними дозами удобрений. Использование повышенных доз в этих севооборотах снизило оплату 1 кг питательных веществ удобрений до 4 — 5 кг з.е.

Проведённый по окончании ротации агрохимический анализ почвы показал, что содержание доступных для растений форм фосфора и калия определяло интенсивность применения удобрений и вынос этих элементов питания с урожаем культур. Внесение средней дозы фосфора (Р35) в составе полного минерального удобрения обеспечило бездефицитный его баланс за ротацию и привело к увеличению его содержания по сравнению с контролем на 19 — 40 мг/кг в зерновом севообороте, 49 — 57 в зернопропашном и 34 — 50 мг/кг в зер-нотравяном севооборотах. В вариантах, где доза внесения фосфора составила 60 кг/га д.в. в год, при

1. Влияние комплексного применения органических, минеральных удобрений и биологического

азота на продуктивность севооборотов, ц/га з.е.

Вариант внесения удобрений Зерновой севооборот Зернопропашной севооборот Зернотравяной севооборот Среднее по фону удобрений

1 2 1 2 1 2

Без удобрений 13,4 17,1 18,7 20,5 15,3 22,2 17,9

Р35К45 13,8 17,6 20,1 22,0 17,0 23,3 19,0

21,4 24,9 30,5 30,8 25,2 30,8 27,3

Н,0Р35К45 + навоз, 10 т/га 25,1 27,1 34,0 33,3 27,5 34,3 30,2

-^0Р60К90 26,4 28,4 34,0 34,9 29,9 33,7 31,2

Среднее по севообороту 21,5 27,9 25,9

НСР 05 (севооборот) 1,35; НСР 05 (бобовые) 1,25; НСР 05 (удобрения) 2,09; НСР 05 (для частных различий) 4,50 ц/га з.е.

Примечание (здесь и далее): 1 — без бобовых культур, 2 — с бобовыми культурами

положительном среднегодовом балансе по фосфору 28 — 37 кг/га, отмечалось повышение содержания подвижного фосфора в почве относительно контрольного варианта на 35 — 51, 60 — 65, 50 — 64 мг/ кг в зерновом, зернопропашном и зернотравяном сево оборотах соответственно.

Применение фосфорных удобрений в средних и повышенных дозах способствовало стабилизации содержания подвижного фосфора в почве севооборотов на уровне 112 — 163 мг/кг. Исключение составляли зерновой севооборот без бобовых культур и зернотравяной севооборот с клеверо-тимофеечной смесью 2-летнего использования.

Применение калийной соли в дозе 45 кг/га д.в. в составе полного минерального удобрения способствовало увеличению содержания обменного калия в почве на 24 — 34 мг/ кг относительно варианта без удобрений, внесение повышенной дозы К^0 — на 47 — 59 мг/кг. Максимальное содержание обменного калия отмечалось в зерновом севообороте: от 108 — 110 мг/кг в варианте без удобрений до 154 — 165 мг/кг в варианте с К90. Существенно ниже было содержание калия в зернотравяном севообороте с клеверотимофеечной травосмесью двухлетнего использования в результате более высокого выноса К2О урожаем многолетней злаково-бобовой травосмеси (табл. 2).

Повышение продуктивности севооборотов с бобовыми культурами, при увеличении поступления азота в круговорот агроценоза за счёт симбиотиче-ской азотфиксации, привело к соответствующему росту выноса фосфора и калия урожаем культур. Для сохранения оптимального уровня содержания доступных форм этих элементов в почве необходимо в зерновом севообороте вносить с удобрениями не менее 60 кг/га д.в. Р2О5 и 45 кг/га д.в. К2О, в зер-

нопропашном и зернотравяном севооборотах - 60 и 90 кг/га д.в. Р2О5 и К2О соответственно.

Севооборот — один из важных факторов регулирования процессов накопления и разложения органического вещества в почве. В ходе исследования показано, что изменение содержания гумуса за ротацию севооборотов определялось количеством и качеством поступившего в почву органического вещества (корнепожнивных остатков, соломы, навоза). Бездефицитный баланс гумуса за ротацию сложился в зернотравяном севообороте с многолетними травами (+0,01 — 0,07%). В зерновом и зернопропашном севооборотах без бобовых культур отмечалось снижение содержания гумуса на 0,06 — 0,13%. Введение однолетних бобовых и бобово-злаковых смесей в эти севообороты позволило замедлить потерю гумуса до 0,03 — 0,04% за ротацию, но полностью устранить отрицательный баланс удалось только в варианте с совместным применением 10 т/га навоза и ^0Р35К45.

Использование органо-минеральной системы удобрения способствовало поддержанию и некоторому повышению содержания в почве гумуса во всех севооборотах, исключая зерновой севооборот без бобовых культур. Прирост содержания гумуса при совместном внесении 10 т/га навоза и ^0Р35К45 составил в зерновом севообороте с бобовыми 0,07% (в пересчёте на физическую массу — 2100 кг/га), в зернотравяном с бобовыми — 0,26% (7800 кг/га). В зернопропашном севообороте использование органо-минеральной системы обеспечило бездефицитный баланс гумуса.

Максимальное содержание гумуса при совместном внесении органических и минеральных удобрений - 1,52% отмечалось в зернотравяном севообороте с бобово-злаковой травосмесью дву-

2. Содержание подвижного фосфора, обменного калия и гумуса в дерново-подзолистой почве

по окончании ротации

Вариант Зерновой севооборот Зернопропашной севооборот Зернотравяной севооборот

1 2 1 2 1 2

Р2О5, мг/кг

Без удобрений 30 74 82 88 67 44

Р35К45 42 103 117 101 53 38

N^35^5 49 115 131 145 117 78

Н,0Р35К45 + навоз, 10 т/га 65 138 158 163 131 108

-^80Р60К90 65 112 135 133 122 108

К2О, мг/кг

Без удобрений 108 110 81 81 73 59

Р35К45 120 119 87 86 79 76

N^35^5 133 147 113 110 95 84

Н,0Р35К45 + навоз, 10 т/га 149 166 139 140 124 117

-^0Р60К90 159 163 137 136 129 110

Гумус, %

Без удобрений 1,07 1,21 1,21 1,19 1,20 1,25

Р35К45 1,03 1,15 1,14 1,22 1,33 1,30

N^35^5 1,12 1,23 1,28 1,26 1,22 1,32

Н,0Р35К45 + навоз, 10 т/га 1,21 1,34 1,35 1,32 1,32 1,52

-^80Р60К90 1,20 1,23 1,26 1,30 1,30 1,32

летнего использования. Эквивалентная органо-минеральной системе по количеству питательных веществ минеральная система удобрений (^„Р^К,) не смогла обеспечить бездефицитный баланс гумуса ни в одном из севооборотов, кроме зернотравяного с бобовыми, где содержание гумуса осталось на прежнем уровне.

Содержание общего азота в почве было низким и составило в зерновом севообороте 0,075 — 0,083%, в зернопропашном — 0,073 — 0,079, зернотравя-ном — 0,068 — 0,080%. С увеличением интенсивности применения удобрений прослеживалась тенденция к увеличению содержания N общ. от 0,072 до 0,081% .

Отношение в почве общего углерода к азоту (С^) независимо от вида севооборота и интенсивности применения удобрений было в пределах 9,7 — 10,2, что типично для сильногумифициро-ванного органического вещества и соответствует средней степени обогащённости его азотом.

Оценка нитрификационной способности дерново-подзолистой почвы, проведённой по окончании ротации, показала зависимость этого показателя от количества и качества органического вещества, поступившего в почву с растительными остатками, масса которых определялась видом севооборота, биологическими особенностями культур и интенсивностью применения удобрений (рис.).

Максимальное количество нитратного азота в почве после месяца инкубации отмечалось в зернотравяном севообороте с злаково-бобовой травосмесью. В почве взятого для сравнения в качестве абсолютного контроля бессменного чистого пара нитрификационная способность была в 2 раза ниже — 10 — 13 мг/кг почвы. В почве 10-летней залежи нитрификационная способность составила

26 мг/кг почвы, что можно принять в качестве показателя, соответствующего целинной дерново-подзолистой супесчаной почве.

Для определения биогенности дерново-подзолистой почвы по окончании ротации был проведён микробиологический анализ почвы методом почвенных разведений с высевом на селективные питательные среды. Учитывали аммонифицирующие бактерии, усваивающие органические формы азота, на мясопептонном агаре, амилолитические бактерии и актиномицеты, использующие минеральные формы азота, на крахмало-аммиачном агаре, микромицеты на среде Чапека, аэробные целлюлозоразлагающие микроорганизмы на геле-вых пластинках с бумажным фильтром, смоченным средой Гетчинсона.

В почве опытного участка преобладали микроорганизмы, усваивающие минеральный азот. Численность колониеобразующих единиц (КОЕ) амилолитических микроорганизмов колебалась в зависимости от уровня минерального питания в пределах 10 — 17 млн/г в зерновом севообороте, 12 — 22 млн/г в зернопропашном и зернотравяном севооборотах. Численность бактерий, использующих органические формы, составила 6 — 14 млн КОЕ в 1 г почвы. В вариантах с удобрениями их количество возросло относительно контроля в 1,8 раза в зерновом и зернопропашном, в 2,0 — 2,5 раза в зернотравяном севообороте, что явилось следствием увеличения массы прижизненных и послеуборочных растительных остатков при использовании удобрений.

Оценка численности различных групп цел-люлозолитических микроорганизмов показала, что в почве опыта во всех вариантах преобладали актиномицеты: 19 — 62 тыс. КОЕ/г почвы в зави-

й и н

е р

б

о удо

з е б

Зерновой

й и н

е р

б

о удо

з е б

Зернопропашной

й и н

е р

б

о удо

з е б

Зернотравяной

й и н

е р

б

о удо

з е б

Чистый пар

й и н

е р

б

о удо

з е б

Залежь

Рис. - Нитрификационная способность почвы в зависимости от вида севооборота и фона удобрений, мг/кг почвы

симости от интенсивности применения удобрений. Следом шли бактерии, количество которых определялось дозами удобрений и видом севооборота. В зерновом севообороте численность бактерий составляла всего 2 — 13 тыс/г почвы против 10 — 35 тыс/г в зернопропашном и 7 — 23 тыс/г в зерно-травяном севооборотах. Численность целлюлозо-литических бактерий и актиномицетов возрастала с увеличением уровня удобренности в 3 — 3,5 раза. Численность микромицетов также зависела от интенсивности применения удобрений. Максимальное их количество было отмечено в варианте с органо-минеральной системой удобрения — 70 — 94 тыс. КОЕ/г почвы, минимальное — в варианте без удобрений 41 — 57 тыс. КОЕ/г.

Общее количество бактерий, грибов и акти-номицетов при внесении удобрений в повышенных дозах (варианты ^5Р35К45 + навоз, 10 т/га и ^0Р60К90) повысилось на 73 — 145%. Роль вида севооборота и бобовых культур в изменении био-генности почвы была несущественна.

Выводы. Рациональное сочетание химических и биологических факторов интенсификации земледелия обеспечило повышение продуктивности агроценоза на слабоокультуренной супесчаной дерново-подзолистой почве до 35 ц/га з.е. Совместное применение 10 т/га навоза и минеральных

удобрений в дозе N40P35K45 при одновременном насыщении севооборотов бобовыми культурами способствовало увеличению содержания гумуса на 0,12 — 0,27%, подвижного фосфора - на 65 — 75 и обменного калия - на 50 — 60 мг/кг почвы, повышению биогенности почвы в 1,7 — 2,5 раза и её нитрификационной способности на 40 — 80%.

Литература

1. Стратегия инновационного развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2011.

2. Иванов Л.А. Научное земледелие в России: итоги и перспективы // Земледелие. 2014. № 3. С. 25 — 29.

3. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996. 367 с.

4. Жученко А.А. Адаптивная стратегия устойчивого развития сельского хозяйства России в XXI столетии. Теория и практика. М.: Изд-во «Агрорус», 2009 — 2011. Т. I. С. 85 — 127, 427 — 434.

5. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем зеледелия и агротехно-логий. Методическое руководство / Под ред. В.И. Кирю-шина, А.Л. Иванова. М.: ФГНУ»Росинформагротех», 2005. С. 427 — 439.

6. Теоретическое обоснование технологий биологизации земледелия / Под ред. докт. с.-х. наук, заслуженного деятеля науки РФ А.И. Еськова. М.: РАСХН, 2005. 80 с.

7. Трепачев Е.П. Агрохимическая оценка биологического азота в современном земледелии. М., 1999. 532 с.

8. Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия // Сборник докладов междунар. науч.-практич. конф. Владимир: ГНУ ВНИПТИОУ, 2005. 360 с.

9. Романов В.В. Ландшафты Владимирской области. Ландшафты Мещёрской провинции: учеб. пособие. Владимир: Изд-во ВлГУ, 2013. 136 с.

Принципы формирования звеньев в системах земледелия, адаптированных для степной зоны Оренбуржья

Ф.Г.Бакиров, д.с.-х.н., Ю.М. Нестеренко, д.г.н., Оренбургский НЦ УрО РАН

В развитии земледелия наступил этап, когда острее проявилось противоречие между потребностями человека и возможностями агро-ландшафтов, вызванное ускорением деградации почв из-за интенсивной обработки, химизации, нарушений законов земледелия, и прежде всего законов плодосмены и возврата веществ в почву. Содержание гумуса в чернозёмах типичных тучных Оренбургской области за 50 лет снизилось с 12,5 до 9,5%, обыкновенных — с 7,4 до 5,7%, южных — с 7,1 до 5,6% и тёмно-каштановых — с 4,2 до 3,2% [1].

Человек, стремящийся к максимальному потреблению и вооружённый мощной техникой и технологиями, не в полной мере осознаёт гибельность нерационального природопользования.

По мнению В.И. Кирюшина, «проблема окружающей среды вызывает всё большее беспокойство общественности, поскольку урожайность сельскохозяйственных культур с интенсификацией их возделывания растёт относительно медленно,

а экологическая обстановка ухудшается довольно быстро» [2].

Преодоление противоречий между возрастающими потребностями человечества и снижающимися возможностями агроценозов лежит, на наш взгляд, на пути разработки систем земледелия, которые бы удовлетворяли своей продуктивностью производителей растениеводческой продукции и почву, позволяя ей восстанавливаться. Однако огромное разнообразие систем земледелия, обусловленное природно-климатическими и другими условиями, вызывает сложности в выборе и предложении системы земледелия даже для одного хозяйства. Целесообразнее раскрыть главную концепцию и основные принципы построения системы земледелия для конкретной зоны, использование которых поможет товаропроизводителям в принятии решений при выборе системы обработки почвы, севооборота и некоторых других звеньев системы земледелия, с максимальной адаптацией её под свои условия и потребности. Отсюда цель настоящей работы — разработать принципы формирования звеньев в системах земледелия, адаптированных для степной зоны Оренбуржья.