Продуктивность севооборотов и плодородие каштановых почв Нижнего Поволжья

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ПРОДУКТИВНОСТЬ СЕВООБОРОТОВ И ПЛОДОРОДИЕ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

THE PRODUCTIVITY OF CROP ROTATION AND FERTILITY OF CHESTNUT SOILS ON THE DOWN VOLGA AREA

A.B. Зеленев

ФГОУВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

A.V. Zelenev

Volgograd state agricultural academy

Применение на каштановых почвах приемов биологизации способствует уменьшению потерь органики, усиливает нитрификационную и биологическую активность почвы, оказывает положительное влияние на гумусообразовательные процессы и является эффективным приемом стабилизации выхода кормовых единиц в севооборотах Нижнего Поволжья.

The use of biologizational methods on chestnut soils contributes marts for reduction of organics loss, strengthens nitrification and biological activity of soils, positively influences humus-forming processes and appears as an effective way of stabilizing the fodder units output in rotation of crops in Lover Povolzhje.

Современное состояние сельскохозяйственного производства

предполагает совершенствование полевых севооборотов и приемов биологизированного регулирования плодородия пахотных земель.

Биологизация севооборотов осуществляется за счет их насыщения в зернобобовыми и сидеральными культурами, многолетними травами, запашки соломы озимой ржи и листостебельной массы кукурузы. Биологическое направление в развитии земледелия становится все более актуальным на фоне нарастающих экологических проблем.

Поэтому основная цель исследований - разработка принципиальных подходов к построению биологизированных севооборотов, когда простое и расширенное воспроизводство почвенного плодородия осуществляется за счет биологических факторов при минимальном использовании средств химизации и при этом обеспечивает получение максимального количества экологически чистой продукции, стабилизирует кормовую базу животноводства.

Методика. Исследования проводили в ОПХ «Камышинское» Нижне-Волжского НИИСХ. Почва опытного участка каштановая тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 1,77-2,0%. Среднее количество осадков - 325 мм в год. Погодные условия в годы исследований различные: 1997, 2002, 2003, 2004 - влажные, 2000, 2001

- средние, 1995, 1996, 1998, 1999, 2005 - острозасушливые. Изучаемые

приемы повышения плодородия почв в севооборотах прошли проверку в различных погодных условиях.

На изучение взяты следующие севообороты:

1 - четырехпольный: пар черный - озимая рожь - яровая пшеница - ячмень (контроль); (пар - 25%, зерновые культуры - 75% севооборотной площади);

2 - пятипольный: пар черный - озимая рожь - горох - яровая пшеница - ячмень; (пар - 20%, зерновые - 60% и зернобобовые - 20% пашни);

3 - шестипольный: пар черный - озимая рожь - горох - кукуруза на зерно - ячмень+донник - донник (сидерат); (пар - 16,6%, зерновые -50,2%), зернобобовые - 16,6 и травы - 16,6% севооборотной площади);

4 - восьмипольный: пар черный - озимая рожь - горох - яровая пшеница - кукуруза на зерно - ячмень+эспарцет - эспарцет 1 г. -эспарцет 2 г.; (пар - 12,5%, зерновые - 50%, зернобобовые - 12,5% и травы - 25% пашни);

5 - восьмипольный: пар черный - озимая рожь - ячмень + эспарцет - эспарцет 1 г. - эспарцет 2 г.- яровая пшеница - горох -кукуруза на зерно; (пар - 12,5%, зерновые - 50%, зернобобовые - 12,5% и травы - 25% севооборотной площади);

6 - четырехпольный: пар черный (навоз 40 т/га) - озимая рожь -просо-ячмень; (пар - 25%, зерновые культуры - 75% пашни);

7 - четырехпольный: пар черный - озимая рожь - просо -ячмень; (пар - 25%, зерновые - 75% пашни);

8 - шестипольный: пар черный - озимая рожь - ячмень+донник -донник (сидерат) - яровая пшеница - кукуруза на зерно; (пар - 16,6%, зерновые - 66,8%) и травы - 16,6% севооборотной площади);

9 - пятипольный: пар черный - озимая рожь - просо -ячмень+донник - донник (сидерат); (пар - 20%, зерновые - 60% и травы

- 20% пашни);

10 - бессменный посев кукурузы на зерно; (зерновые - 100% пашни).

В изучаемых севооборотах приметается общепринятая агротехника

полевых культур. Всю солому озимой ржи и листостебельную массу кукурузы, а также сидеральную массу донника запахивали в почву.

Результаты исследований. Проведенные экспериментальные исследования показывают, что дополнительное внесение органических и сидеральных удобрений, послеуборочных остатков положительно влияют на нитрификационную способность почвы (табл. 1).

Таблица 1

Нитрификационная способность почвы в посевах культур севооборотов, мг/кг почвы

№ севооборота Культура Предшественник Энергия нитрификации

1 Озимая рожь Пар черный +32,0

3 Пар черный (донник) +56,6

4 Пар черный (эспарцет) +47,2

6 Пар черный (навоз 40 т/га) +50,4

9 Пар черный (донник) +61,9

1 Яровая пшеница Озимая рожь +29,5

2 Горох +33,8

5 Эспарцет 2 г. +37,2

8 Донник (сидерат) +44,4

1 Ячмень Яровая пшеница +26,8

3 Кукуруза +37,3

4 Кукуруза +31,5

6 Просо (последействие навоза) +44,7

9 Просо (последействие донника) +45,6

7 Просо Озимая рожь +27,2

6 Озимая рожь (последействие навоза) +36,7

9 Озимая рожь (последействие донника) +33,2

3 Кукуруза Горох +50,9

4 Яровая пшеница +34,6

10 Кукуруза (бессменный посев) +27,5

Из таблицы видно, что в среднем за годы исследований наивысшая энергия нитрификации наблюдается по доннику на сидерат, как в прямом действии в посевах озимой ржи (варианты 9 и 3) +61,9 и +56,6 мг/кг почвы, так и в последействии в посевах ячменя (вариант 9) +45,6 мг/кг абсолютно сухой почвы. Несколько ниже она на вариантах с запашкой навоза под черный пар (вариант 6) +50,4 и донника под яровую пшеницу (вариант 8) +44,4 мг/кг почвы, а также после распашки пласта эспарцета (вариант 4) соответственно +47,2 и +37,2 мг/кг почвы. Отмечается падение энергии нитрификации в посевах ячменя по яровой пшенице (вариант 1) до +26,8, проса по озимой ржи (вариант 7) +27,2 и кукурузы при длительном ее возделывании на одном месте (вариант 10) до +27,5 мг/кг почвы.

Важным показателем «жизнедеятельности» почвы является микробиологическая активность. Для ее оценки проводят наблюдения за «дыханием» почвы в посевах озимой ржи, яровой пшеницы, ячменя, проса и кукурузы, которые помогают раскрыть процесс разложения органического вещества в почве, т.е. биологическую активность.

Биологическая активность зональных почв находится в тесной зависимости от уровня атмосферного увлажнения. При его повышении происходит увеличение биологической активности почвы. Запашка соломы озимой ржи на начальных этапах разложения способствует снижению биологической активности почвы на 2,7% (в 1,2 раза). В течение периода вегетации микробиологический режим почвы стабилизируется, что подтверждается прибавкой урожайности сорго по фону запашки ржаной соломы на 0,19 т/га.

Запашка органической массы сидератов способствует повышению биологической активности почвы на 7,1-8,6% (в 1,4-1,5 раза), а по пласту многолетних трав в сравнении с предшественником - озимой рожью (с запашкой соломы) биологическая активность почвы повышается на 2,6%) - в 1,3 раза [6].

Проведенные наблюдения показывают существенное увеличение микробиологической активности почвы в посевах с применением различных приемов улучшения плодородия почв (табл. 2).

Таблица 2

Интенсивность выделения диоксида углерода с поверхности почвы в посевах культур севооборотов в периоды колошения и выметывания, мг/м2 в час

№ севообор ота Культура Предшественник Выделилось со2

1 Пар черный 34,7

3 Пар черный (донник) 43,9

4 Пар черный (эспарцет) 42,4

6 Пар черный (навоз 40 т/га) 46,9

9 Пар черный (донник) 42,1

1 Озимая рожь 33,9

2 Яровая Горох 42,8

5 пшеница Эспарцет 2 г. 44,7

8 Донник (сидерат) 46,6

1 Ячмень Яровая пшеница 31,2

3 Кукуруза 48,3

4 Кукуруза 45,1

6 Просо 55,0

9 Просо 53,5

7 Просо Озимая рожь 29,3

6 Озимая рожь (последействие навоза) 43,0

9 Озимая рожь (последействие донника) 44,9

3 Кукуруза Горох 39,3

4 Яровая пшеница 35,5

10 Кукуруза (бессменный посев) 31,8

Наблюдения за выделением диоксида углерода в посевах озимой ржи показывают, что повышенная биологическая активность наблюдается при размещении ее по унавоженному и удобренному сидеральной массой донника черному пару (варианты 6, 3 и 9) соответственно 46,9; 43,9 и 42,1 мг/м2 ССЬ в час, а также по черному пару, который размещается после эспарцета (вариант 4) - 42,4 мг/м2 СОг в час.

В посевах яровых культур по последействию навоза, сидерата, пласта трав также отмечается усиление данного показателя.

Введение в севообороты зернобобовой культуры гороха также положительно влияет на усиление биологической активности, в частности, в посевах яровой пшеницы и кукурузы соответственно до 42,8 и 39,3 мг/м2 ССЬ в час.

Также, как и в наблюдениях за энергией нитрификации, отмечается пониженное выделение СОг из почвы у проса по озимой ржи, ячменя по яровой пшенице и при бессменном посеве кукурузы на зерно соответственно до 29,3; 31,2 и 31,8 мг/м2 ССЬв час.

Усиливается роль севооборота в ландшафтных системах земледелия и как фактора регулирования органического вещества почвы. Особенно с полями люцерны, эспарцета, донника, где потери органики в значительной степени компенсируются за счет гумификации корневых остатков многолетних трав [3, 7].

Введение в состав зернопарового севооборота четырех полей многолетних трав (на 57% площади) позволяет обеспечить положительный (+383 кг/га) баланс гумуса в почве.

Посевы многолетних трав в виде выводных полей, совместно с применением запашки соломы озимых не обеспечивают положительного баланса гумуса, а лишь снижают его дефицит до 146-896 кг/га.

В результате использования донника на сидерат, совместно с применением запашки ржаной соломы в благоприятные по увлажнению годы почти полностью (до 41-47 кг/га) устраняется дефицит гумуса в севообороте, а при использовании донника на корм снижается до 381 кг/га [6].

Круговорот органики в севооборотах позволяет оценить возможные потери плодородия из-за выноса питательных веществ из почвы возделываемыми культурами и наличия того или иного количества пара. Исходя из этого, разрабатываются и внедряются севообороты с максимальным возвратом органики в почву и уменьшением доли черного пара, где снижается в большинстве случаев гумус (табл. 3).

Таблица 3

Круговорот органики, поступившей в слой почвы 0-0,3 м по севооборотам, т/га

№ севооборот а Структура пашни, % Образовалос ь Отчужден 0 Возвращен о

черны й пар зерновы е зернобобовы е трав ы

1 25,0 75,0 - - 3,92 1,82 2,10

2 20,0 60,0 20,0 - 3,90 1,96 1,94

3 16,6 50,2 16,6 16,6 4,63 1,68 2,95

4 12,5 50,0 12,5 25,0 4,48 2,07 2,41

5 12,5 50,0 12,5 25,0 4,37 1,99 2,38

6 25,0 75,0 - - 4,86 2,38 3,82

7 25,0 75,0 - - 4,13 1,88 2,25

8 16,6 66,8 - 16,6 4,65 1,69 2,96

9 20,0 60,0 - 20,0 4,32 1,64 2,68

10 - 100,0 - - 5,07 1,48 3,59

Из данных таблицы видно, что все варианты по возврату органической массы превышают контроль, кроме 2 варианта с 20% черного пара и зернобобовых. Наибольшее количество растительных остатков возвращается в четырехпольном севообороте с внесением 40 т/га навоза и при бессменном посеве кукурузы на зерно соответственно 3,82 и 3,59 т/га, что выше контроля на 1,72 и 1,49 т/га. Варианты 3 и 8 с донником на сидерат под черный пар и яровую пшеницу с 16,6 % пара и трав превышают контроль соответственно

на 0,85 и 0,86 т/га. Наименьшее количество возвращается во 2 варианте - 1,94 т/га, что ниже контроля на 0,16 т/га.

Процессы накопления и разложения органического вещества, а в итоге баланс гумуса можно направленно регулировать структурой посевных площадей, чередованием культур в севооборотах, дополнительным внесением растительных остатков, а именно сокращением доли черного пара, увеличением посевов многолетних трав, зернобобовых, запашкой сидератов, листостебельной массы кукурузы и соломы озимой ржи.

Чем больше теряется из круговорота органики, тем интенсивнее идет снижение почвенного плодородия. В таблице 4 приведены данные по балансу гумуса в севооборотах с различной структурой посевных площадей и приемами биологизации.

Анализ баланса гумуса за ротацию севооборотов показывает, что в варианте, где под вспашку черного пара вносится навоз нормой 40 т/га, наблюдается прирост в содержании общих запасов гумуса и увеличение его на 0,03 и 0,04% или 0,262 и 0,350 т/га в год.

В вариантах с внесением сидеральной массы донника под черный пар бездефицитный баланс гумуса не достигнут. Здесь наблюдается снижение в содержании гумуса, хотя и в меньшей степени, как в пяти-, так и в шестипольном севооборотах, по сравнению с контролем. Так, в варианте 9 с донником на сидерат в пятипольном севообороте уменьшение гумуса составляет 0,140 т/га в год, в шестипольном (вариант 3) - 0,117 т/га в год.

Как видно, сидерация снижает падение гумуса по сравнению с контролем соответственно на 0,035 и 0,058 т/га в год. Потери гумуса в год в результате применения донника на сидерат под яровую пшеницу (вариант 8) в шестипольном севообороте составляют 0,117 т/га.

Наиболее высокое падение гумуса наблюдается при бессменном посеве кукурузы - 0,700 т/га в год.

Как показывают многолетние исследования научных учреждений, в сухостепной и полупустынной зонах этого региона в среднем наибольший выход зерна с единицы севооборотной площади достигается в четырехпольных зернопаровых и зернопаропропашных севооборотах, включающих различные группы полевых культур (озимые, ранние и поздние яровые), которые имеют разные сроки вегетации и обладают большей устойчивостью к неблагоприятным погодным условиям [2, 4, 5]. Это позволяет соблюдать и принцип технологического разнообразия, что уменьшает опасность негативного изменения агроэкосистем под влиянием одностороннего антропогенного воздействия.

Таблица 4

Баланс гумуса в севооборотах

№ севооборо та Годы наблюдений Содержание гумуса Расход или приход гумуса

% т/га за ротацию севооборота в год

% т/га т/га

1 1993 1,74 60,90

-0,02 -0,70 -0,175

1997 1,72 60,20

-0,02 -0,70 -0,175

2001 1,70 59,50

2 1996 1,82 63,75

-0,02 -0,70 -0,140

2001 1,80 63,05

3 1993 1,95 68,27

-0,02 -0,70 -0,117

1999 1,93 67,57

4 1989 2,09 73,20

-0,03 -1,05 -0,131

1997 2,06 72,15

5 1989 1,87 65,52

-0,03 -1,05 -0,131

1997 1,84 64,47

6 1993 1,95 68,25

+0,03 +1,05 +0,262

1997 1,98 69,30

+0,04 +1,40 +0,350

2001 2,02 70,70

7 1993 1,81 63,39

-0,02 -0,70 -0,175

1997 1,79 62,69

-0,02 -0,70 -0,175

2001 1,77 61,99

8 1993 1,87 65,53

-0,02 -0,70 -0,117

1999 1,85 64,83

9 1996 2,12 74,20

-0,02 -0,70 -0,140

2001 2,10 73,50

10 2002 1,89 66,13

-0,02 -0,70 -0,700

2003 1,87 65,43

Исследования, проведенные в засушливой зоне Северного Прикаспия показывают, что наиболее высокая продуктивность отмечена в четырехпольном севообороте с выводными полями многолетних трав (пар черный - 25%, зерновые - 50%, многолетние травы - 25%) - 1,09-1,07 т к. е./ га.

Наименьшая продуктивность отмечена в пятипольных

севооборотах с донником на сидерат и семипольном севообороте с многолетними травами 0,72-0,73 т к. е. / га [1, 6].

Для оценки севооборотов проводят расчеты выхода зерна и кормовых единиц с 1 га пашни за минусом семян на посев (табл. 5).

Таблица 5

Выход зерна и кормовых единиц в севооборотах, т/га

№ севооборота Структура пашни, % Выход

черный пар зерновые зернобобовые травы зерно кормовые единицы

1 25,0 75,0 - - 1,01 1,46

2 20,0 60,0 20,0 - 1,00 1,52

3 16,6 50,2 16,6 16,6 1,12 1,56

4 12,5 50,0 12,5 25,0 0,94 1,62

5 12,5 50,0 12,5 25,0 0,91 1,57

6 25,0 75,0 - - 1,46 1,97

7 25,0 75,0 - - 1,16 1,58

8 16,6 60,8 - 16,6 1,09 1,51

9 20,0 60,0 - 20,0 1,03 1,37

10 - 100,0 - - 1,46 1,95

Из приведенных данных видно, что использование в севооборотах многолетних трав (эспарцет) снижает выход зерна по сравнению с контролем на 0,07-0,10 т/га.

Значительно превышают контрольный вариант по выходу зерна с 1 га севооборотной площади только четырехпольный севооборот с внесением навоза и бессменный посев кукурузы - на 0,45 т/га.

Варианты с донником незначительно, но все-таки превышают контроль на 0,02-0,11 т/га.

По выходу кормовых единиц с 1 га пашни все севообороты превышают контроль, кроме варианта 9 с донником на сидерат, где он меньше на 0,09 т/га. Варианты 3 и 8 с донником на сидерат превышают контроль на 0,10 и 0,05 т/га, с эспарцетом (варианты 4 и 5) - на 0,16 и 0,11 т/га, с навозом - на 0,51 т/га.

Заключение. Таким образом, применение на каштановых почвах Нижнего Поволжья биологизированных севооборотов с донником на сидерат и многолетними травами при запашке соломы озимой ржи и листостебельной массы кукурузы повышает нитрификационную способность и биологическую активность почвы, увеличивает возврат органической массы в почву, снижает потери гумуса и стабилизирует выход кормовых единиц с 1 га севооборотной площади.

Библиографический список

1. Беленков, А.И. Полевые севообороты, основная обработка почвы и приемы регулирования плодородия почв в черноземностепной, сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья: монография / А.И. Беленков, А.Н. Сухов, К.А. Имангалиев; ФГОУ ВПО ВГСХА. - Волгоград, 2007. - 268 с.

2. Кирюшин, В.И. Экологические основы земледелия/В.И. Кирюшин. -М.: Колос. - 367 с.

3. Листопадов, И.Н. Агрономическое значение современного севооборота / И.Н. Листопадов // Научно-агрономический журнал. - 2005. - №2. - С. 28-34.

4. Лопырев, М.И. Агроландшафты и земледелие / М.И. Лопырев, A.C. Макаренко. -Воронеж: изд-во ВГАУ, 2001. - 168 с.

5. Смутнев, П.А. Севооборот в земледелии Нижнего Поволжья / П.А. Смутнев., В.П. Волынсков // Достижения науки и техники АПК. - 2005. - №7. - С. 5-7.

6. Сухов, А.Н. Биологизация полевых севооборотов в неорошаемом земледелии Прикаспия / А.Н. Сухов, В.П. Зволинский, A.B. Гулин, А.И. Беленков // Проблемы рационального природопользования аридных зон Евразии. - М., 2000. - С. 77-81.

7. Сухов, А.Н. Полевые севообороты в сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья / А.Н. Сухов, А.И. Беленков, А.Ф. Карякин, В.П. Волынсков, П.А. Смутнев // Ученые записки агрономического факультета ВГСХА: сб. науч. тр. /ВГСХА. - Волгоград, 2005. - С. 82-91.