Условия развития корневой системы сахарной свёклы при различных способах обработки почвы и внесения минеральных удобрений

УДК 631.816.3

Условия развития корневой системы сахарной свёклы при различных способах обработки почвы и внесения минеральных удобрений

Е.И. КОСТЕНКО, советник ген. директора по производству ООО «ЦЧ АПК»

Введение

В сельскохозяйственном производстве уже несколько десятилетий не утихают споры относительно выбора оптимального способа основной обработки почвы под ту или иную культуру. Известно, что задачей основной обработки почвы является создание оптимальных условий для дальнейшего роста и развития культурного растения, учитываются как требования конкретной культуры, так и почвенно-клима-тические особенности региона ведения хозяйственной деятельности.

Рассматривая технологию основной подготовки почвы под сахарную свёклу в Центрально-Чернозёмном регионе, в первую очередь следует принимать во внимание неустойчивый и неравномерный характер увлажнения этой зоны, ведь именно количество осадков второй половины вегетации в значительной степени определяет урожайность данной культуры [2]. В связи с этим в богарных условиях основной задачей подготовки почвы под сахарную свёклу является всемерное повышение влагообеспеченности растений в период активного роста корнеплода путём:

— создания условий для накопления влаги в предшествующий осенне-зимний период (в основном за счёт аккумуляции талой воды);

Рис. 1. Общий вид экспериментального участка.

Видна граница различных способов основной обработки почвы

— формирования мульчирующего слоя из растительных остатков с целью снижения температуры поверхностного слоя почвы и снижения непродуктивного испарения влаги;

— создания оптимальной плотности и структуры почвы в осенний период, сокращающих потери влаги из-за необходимой весенней глубокой обработки почвы;

— формирования условий, способствующих развитию корневой системы и питанию растений на глубине с лучшей влагообеспеченностью во второй половине вегетации.

При сравнении отвальной и безотвальной систем обработки почвы большинству означенных требований соответствует именно последняя из них как более прогрессивная. Однако широко распространённая в практике система безотвальной обработки не решала последнюю из указанных задач прежде всего потому, что после внесения малоподвижные элементы питания (главным образом фосфор) оставались в поверхностном слое пахотного горизонта. Подобная картина описана нами на примере реального распределения элементов питания по пахотному горизонту в почвах Воронежской области в свекловичном севообороте [4]. В связи с этим наиболее актуальной задачей совершенствования технологии основной безотвальной обработки почвы является решение внутри-почвенного внесения твёрдых минеральных удобрений. Это особенно важно при внесении малоподвижного фосфора, который в отличие от соли аммония, нитратов и калия, являющихся легкоподвижными по почвенному профилю элементами, вносится в основном в виде малорастворимых фосфатов и требует непосредственного внесения в корнеобитаемый слой почвы с достаточной его влагообеспеченностью во время вегетации [1].

Для решения задачи депонирования малоподвижных элементов питания в пахотный слой почвы агрегаты для безотвальной обработки комплектуются системой внесения твёрдых минеральных удобрений.

Цель и условия проведения исследования

Целью данного исследования являлось выявление различий в показателях температуры, электропроводности и влажности различных слоёв почвы при возделывании сахарной свёклы на фоне двух различных способов основной подготовки почвы: вспашка с оборотом пласта при предварительном поверхностном внесении сложных удобрений и обработка почвы без оборота пласта с одновременным внутрипочвен-ным депонированием удобрений.

Исследование проводилось в условиях Аннинского района Воронежской области в течение вегетационного сезона 2018 г. Координаты участка: широта 51°28'6"С, долгота 40°22'35"В. Почва — чернозём типичный глинистого механического состава, содержание органического вещества 5,5 %, содержание фосфора повышенное, калия — высокое, pH 5,3. Предшественник сахарной свёклы — озимая пшеница. Подготовка почвы включала в себя дисковое лущение, лемешное лущение, основную обработку почвы, сплошную культивацию. После уборки предшественника (измельчённая солома оставлена на поле) на всём поле было внесено азотное удобрение КАС-32 с нормой внесения 180 кг/га. На участках полей, обработанных с оборотом пласта на глубину 35 см, перед вспашкой поверхностным способом был внесён аммофос (10 : 52) в дозировке 170 кг/га. Основная обработка без оборота пласта была выполнена агрегатом Farmet Digger Fert+ Compact на глубину 35 см одновременным внесением аммофоса (10 : 52) в дозировке 170 кг/га в слой почвы 20—30 см. В осенний период на обоих вариантах было проведено также поверхностное внесение хлористого калия (0 : 0 : 60) в дозировке 150 кг/га и дополнительное выравнивание поля культиватором на глубину 10—12 см. Весной после предпосевной культивации 9 мая был выполнен сев сахарной свёклы. Гибрид Кандимакс, норма вы-

сева — 127 тыс. растений на 1 га. Сев производился поперёк направления основной обработки почвы. В дальнейшем выполнялись операции по защите посевов от сорняков, вредителей, болезней. Подкормки минеральными удобрениями и междурядные обработки в течение вегетационного сезона не проводились. Таким образом, фон минерального питания составил N75 : P88 : K90, различий в технологии между вариантами кроме способа основной обработки почвы не было (рис. 1).

Для измерения температуры, влажности и электропроводности различных слоёв почвы использовались почвенные зонды Aqua Spy (производства AquaSpy Inc., США). Прибор состоит из 12 сенсоров, расположенных на каждых 10 см. Таким образом, имеется возможность измерения влажности, электропроводности и температуры почвы в слоях почвы глубиной 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 7080, 80-90, 90-100, 100-110, 110-120 см. С помощью телеметрического оборудования информация от каждого сенсора поступает на сервер сбора данных круглосуточно каждые 15 минут. В результате получаем возможность оценить динамику влажности, электропроводности и температуры почвы каждого из 12 слоев. Кроме того, принимая во внимание особенности суточного колебания влажности и электропроводности в том или ином исследуемом слое почвы, с помощью данного зонда можно судить о глубине проникновения корневой системы растения (рис. 2).

Почвенные зонды были установлены 25.05.2018 на участках с различной основной обработкой почвы в рядок растений, при этом расстояние между ними не превышало 20 м (рис. 3).

Агрометеорологические условия на исследуемом участке характеризовались следующими показателями

90 80 .70

I 50 %

Щ 40 30 20

10

Ф ЛД Л> ф ЛЛ л*^ л* л** л54 ^ V ^ ^у йл\

Рис. 2. Иллюстрация методики расчёта глубины проникновения корневой системы в слои почвы на основе динамики влажности

Рис. 3. Датчик зонды Aqua Spy в момент установки

40 S-J 30

1

8- ю I

£ о

-10

Дап Г т Ю 0 см -Г 40 см W см ф 40 см '00 см

-ф

к

/ / /, г

/ / / 0/

50

40 Ж

30 л"

§

О

20

10

0

Воздух

Дата

Ртах fmin

— Г сред — V ветра

/ / ^ ^ У

г0'' г^ ^

I

о

ч

£

§/(7

О

Осадки Дата ----г- — Ситки — Симма

/

/

^ у /

д*

сл*

I

348% &

261«= о

Ч

* 1)

Í7 § о

* I

Ж Ж JP

Сг

осадков, влажность на глубине 40 и 100 см упала до 16 % объёмной влажности почвы. Таким образом, на примере вегетационного периода 2018 г. мы получаем возможность проанализировать особенность потребления влаги и минерального питания растений сахарной свёклы на фоне различных способов основной обработки почвы.

Результаты исследований и их обсуждение

На момент начала работы датчиков (27.05.2018 — 18 дней после сева, фаза развития — две пары настоящих листьев) глубина, с которой растения потребляли воду и элементы питания, составляла на вспашке 40 см, на рыхлении без оборота пласта — 50 см. С середины июня отмечается динамичный рост корня в глубину на обоих вариантах без значительных различий в динамике, и к 06.07 отмечено достижение активной корневой системой растений слоя 120 см (рис. 5).

Динамика роста корневой системы в глубину почвенного горизонта

140 \120 в100 80 60 1 40 С 20

Со Со ^ «о

оо «О со

С^ С^ С^ С^ С^ С^ С^

ааоооооооооооооооооо

^ Сз й ^ '— >— *— *— >—

— Рыхление — Вспашка

Рис. 5. Динамика роста корневой системы растения сахарной свёклы на разных способах обработки почвы

Показатели температуры почвы в слое 0-при разных способах обработки

10 см

Рис. 4. Агрометеорологические условия вегетационного сезона экспериментального участка в 2018 г.

Следует отметить, что первая половина вегетационного периода с точки зрения влагообеспеченности была достаточно благоприятна для роста и развития сахарной свёклы: об этом говорит и количество осадков — с 1 апреля по 1 августа выпало около 300 мм — и влажность почвы по горизонтам. Максимальное количество осадков выпало в период с 16 по 27 июля — примерно 100 мм. Совершенно иной характер погоды отмечается с 1 августа по 15 сентября: за указанный период не отмечено выпадения сколь-либо значимых

i* »ч «ч »s

KjtíocsSásSoS^íoiS'^í

-Рыхление ? 0-10° С ---Вспашка f 0-10° С

— Вспашка Шах 0-10° С - Рыхление Шт 0-10° С

Рыхление Шах 0—10° С---Вспашка Ш/'п 0—10° С

Рис. 6. Изменение показателей температуры (среднесуточная, максимальная, минимальная) в слое почвы 0 —10 см при различных способах обработки

Нами проведён сравнительный анализ динамики максимальной, минимальной и среднесуточной температуры почвы при различных способах основной обработки по слоям 0—10, 10—20 и 20—30 см. Следует отметить, что на глубинах более 30 см указанные параметры температуры почвы по вариантам практически не различались.

Температура слоя почвы 0—10 см (рис. 6) в первый период вегетации на вспашке отличается значительно большей суточной динамикой, чем на рыхлении. Так, при примерно одинаковом среднесуточном значении параметра максимальная температура почвы на вспашке в некоторые дни на 4,0 оС выше, а минимальная ниже на 2,4 оС, чем на вспашке без оборота

Показатели температуры почвы в слое 10—20 см при разных способах обработки

-Рыхление ? 10—20° С ---Вспашка ? 10-20°С

— Вспашка Шах 10-20° С -Рыхление Шт 10-20,°С

— Рыхление Шах 10-2(Г, С---Вспашка Ш'п 10-20,°С

Показатели температуры почвы в слое 20—30 см при разных способах обработки

-Рыхление ? 20—30°С ---Вспашка ? 20-30°С

— Вспашка Шах 20-30° С -Рыхление Шт 20-30," С

Рыхление Шах 20—30° С---Вспашка Ш'т 20—30°С

Рис. 7. Изменение показателей температуры (среднесуточная, максимальная, минимальная) в слоях почвы 10—20 и 20—30 см при различных способах обработки

пласта. Такая тенденция характерна в основном для периодов, когда листовой аппарат культуры развит слабо, и для периодов значительной инсоляции. Вероятнее всего, данный факт связан с тем, что при обработке почвы без оборота пласта количество растительных остатков на поверхности почвы существенно больше, в результате чего создаётся некий «мульчирующий эффект» (см. рис. 1).

Несколько иной характер имеют значения параметров температуры почвы слоёв 10—20 и 20—30 см (рис. 7). На этих глубинах максимальная температура за сутки на протяжении практически всего периода вегетации незначительно, но выше (в пределах 1,0 оС) при обработке без оборота пласта. При этом минимальная суточная температура данных слоёв на вспашке за весь исследуемый период ниже.

С целью изучения распределения влаги и растворов солей по горизонтам почвы в зависимости от способа основной обработки нами была проанализирована динамика изменения электропроводности и влажности слоёв почвы на глубине 0—10, 10—20, 20—30, 40— 70 и 70—120 см в исследуемых вариантах.

Измеряемая объёмная влажность почвы характеризует содержание собственно влаги и зависит в том числе от механического состава почвы [3]. По всему исследуемому горизонту механический состав почвы меняется, поэтому абсолютные значения могут быть необъективными, однако сравнительное изменение показателей по одинаковым горизонтам двух близко расположенных датчиков является корректным. Электропроводность почвы зависит от её влажности, фазового состояния влаги, температуры, плотности и содержания солей. В то же время концентрация почвенного раствора характеризует наличие и доступность поглощаемых растениями элементов питания. Таким образом, сравнительная динамика электропроводности того или иного слоя почвы может демонстрировать процессы растворения, передвижения и, самое главное, поглощения растениями элементов питания [5].

В первую очередь следует отметить различия во влажности разных горизонтов на момент установки датчиков (рис. 8). На вспашке накопление влаги в подпахотных горизонтах несколько выше, на рыхлении без оборота пласта более увлажнён именно пахотный горизонт (до 30 см). Вероятнее всего, данный факт связан с большей влагопроницаемостью почвы при выполнении отвальной вспашки. В то же время при выпадении осадков в период вегетации на рыхлении происходило гораздо более значительное повышение влажности слоёв пахотного горизонта (0— 30 см). Показательно, что при наступлении засушливых условий (с 1 августа по 15 сентября) влажность слоёв почвы 10—20 и 20—30 см на рыхлении была значительно выше аналогичных параметров на вспашке.

Изменение влажности почвы по слоям в зависимости от способа обработки

£ £ £ К К К

53 IV м= »-• «5 N

>— ч— >—

^ ^ ^ с^ С^ С^

Й? ¡5? Я? 2? 2?

<а

^ N ^ Ч! N ^ ^

<3

Рыхление 0—10 см Рыхление 10—20 см  Рыхление 20—30 см Рыхление 30—40 см Рыхление 40—70 см Рыхление 70—120 см

— Вспашка 0—10 см --- Вспашка 10—20 см

— Вспашка 20—30 см Вспашка 30—40 см Вспашка 40—70 см

--- Вспашка 70—120 см

Рис. 8. Изменение влажности по слоям почвы при различных способах обработки

Показатели электропроводности изучаемых сло-ёв почвы при разных способах основной обработки различаются в абсолютных значениях и в динамике (рис. 9). Известно, что электропроводность почвы зависит от её влажности, поэтому данный график следует рассматривать вместе с предыдущим. Отметим,

Изменение электропроводности слоев почвы в зависимости от способа обработки

Рыхление 0—10 см

Рыхление 10—20 см

Рыхление 20—30 см Рыхление 30—40 см Рыхление 40—70 см

Рыхление 70—120 см

Вспашка 0—10 см

Вспашка 10—20 см

Вспашка 20—30 см Вспашка 30—40 см Вспашка 40—70 см

Вспашка 70—120 см

что электропроводность падает до нулевого значения при снижении объёмной влажности почвы до 20 %. Электропроводность подпахотных горизонтов (30 см и более) в начальный период вегетации (до конца июня) возрастает, и если для горизонтов 30—40 и 40—70 см данный факт можно было бы объяснить снижением влажности, то для слоя 70—120 см при относительно постоянной в этот период влажности объяснение увеличение значения электропроводности может быть связано только с миграцией в более глубокие слои почвы водорастворимых солей. Следует отметить более высокие значения электропроводности слоёв 10—20 и 20—30 см на рыхлении, которые не могут быть объяснены только различием во влажности данных слоёв в обоих вариантах.

При выпадении значительного количества осадков (вторая половина июня) можно наблюдать, в каком пахотном горизонте в зависимости от технологии обработки почвы депонированы в основном водорастворимые минеральные удобрения. Для безотвальной обработки почвы это слой 10—20 см, для отвальной вспашки — слой 20—30 см.

Также нами была отдельно проанализирована динамика электропроводности слоёв почвы 90—100, 100—110 и 110—120 см в наступивших засушливых условиях с 1 по 31 августа (рис. 10).

Изменение электропроводности в засушливых условиях

Рис. 9. Изменение элетропроводности по слоям почвы на различных способах обработки

— Рыхление 90—100 см — Рыхление 100—100 см

— Вспашка 90-100 см — Вспашка 100-100 см

Рыхление 100—120 см Вспашка 100—120 см

Рис. 10. Изменение электропроводности в слоях почвы 90—100, 100—110, 110—120 см при различных способах обработки почвы

Представленные данные демонстрируют интенсивное поглощение элементов питания растениями сахарной свёклы с максимально глубокого исследуемых слоёв почвенного горизонта 100—110 и 110—120 см. Это говорит о том, что в целях снижения рисков негативного воздействия засушливых условий второй половины вегетации в подпахотных горизонтах необходимо создать благоприятные для роста и функционирования корневой системы сахарной свёклы.

Журнал

• Теперь в Facebook:

Общайтесь,

комментируйте,

задавайте вопросы экспертам!

Теперь на журнал «Сахар» можно подписаться в любой момент в электронном каталоге «Почта России»: по индексу ШЗЭЕЭ или по названию «Сахар»:

Выводы

В результате выполненной работы выявлены различия в динамике изменения температуры, электропроводности и влажности по слоям почвы вплоть до глубины 120 см при разных способах основной обработки почвы под сахарную свёклу в условиях Центрально-Чернозёмного региона. Детальный анализ данных различий может помочь сельхозтоваропроизводителям более осознанно и целенаправленно подходить к выбору технологии обработки почвы, в частности, вести работы по целенаправленному совершенствованию системы обработки почвы под сахарную свёклу с целью обеспечения благоприятных условий её вегетации и снижению негативного влияния нередко повторяющейся в данном регионе почвенной засухи.

Список литературы

1. Авдонин, Н.С. Научные основы применения удобрений. - М. : Колос, 1972. - 283 с.

2. Влияние агроклиматических ресурсов на урожайность сельскохозяйственных культур Белгородской области / И.Ю. Вагурин, А.Б. Соловьёв, Л.В. Марциневская, О.В. Биньковская // Современные концепции научных исследований: сб. научн. работ XIV Междунар. научн. конф. Евразийского научного объединения. - М. : ЕНО, 2015. - 89 с.

3. Воронин, А.Д. Основы физики почв. - М. : МГУ, 1986. - 244 с.

4. Костенко, Е.И. Причина развития гнилей корнеплодов сахарной свёклы неизвестной этиологии в Центрально-Чернозёмном регионе РФ // Сахар. -2016. - № 1. - С. 26-28.

5. Субботина, М.Г. Об электропроводности почв в современных исследованиях / М.Г. Субботина, Х. Ба-тье-Салес // Пермский аграрный вестник. - 2013. -№ 3 (3). - С. 28-33.

Аннотация. В статье рассмотрена динамика изменения температуры, влажности и электропроводности в различных слоях почвы при возделывании сахарной свёклы в вегетационном сезоне 2018 г. на фоне отвальной вспашки и обработки без оборота пласта с одновременным внесением удобрений на глубину 20-30 см. Показаны различия в динамике данных показателей в разных почвенных горизонтах, влияющих на вегетацию культуры. Ключеые слова: сахарная свёкла, основная обработка почвы, оптимизация питания, почвенные горизонты, влажность почвы, электропроводность почвы, температура почвы. Summary. The article discusses the dynamics of temperature, humidity and electrical conductivity in different layers of soil in the cultivation of sugar beet in the season of 2018 on plowing with the overturning and tillage without overturning with previously applied mineral fertilizers to the soil layer 20-30 cm. Different primary tillage systems for sugar beet affects the conditions of its growth Keywords: sugar beet, primary tillage, nutrition optimization, soil layers, soil moisture, soil conductivity, soil temperature.