Дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы

2.Крончев Н.И., Пырова С.А. // Использование биопрепарата экстрасола в технологии возделывания яровой пшеницы. -Вестник УГСХА, - Ульяновск, 2002.

3.Никитин С.Н. Эффективность применения биопрепаратов и минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур// Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки», Ульяновск, 2008.

4.Никитин С.Н., Галиакберов А.Г. // Эффективность биологических препаратов при возделывании яровой пшеницы. - Научные труды Ульяновского НИИСХ, Ульяновск 2010. Т. 19. -С.214-227.

5.Применение биопрепаратов и микроэлементов при подготовке семян сельскохозяйственных культур к посеву. - Научно-практическое руководство по проведению весенне-полевых работ в Ульяновской области на 2010 г. Ульяновск 2010. -С.35-42.

6. Кондрат С.В. Продуктивность и качество зерна полбы при инокуляции семян ассоциативными штаммами ризобактерий // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: «Естественные науки». М., 2006. С. 125-127.

7.Чеботарь В.К., Завалин А.А., Кипруш-кина Е.И. Эффективность проименения биопрепарата экстрасол.// Российский научный институт агрохимии, Москва, 2007.- 271с.

УДК 631.58+631.411.4

80-летию со дня рождения доктора с.-х. наук, профессора

В. И. Морозова посвящается

дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы

Куликова Алевтина Христофоровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Почвоведение, агрохимия и агроэкология»

ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» 432063, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1. Тел. 8(8422) 55-95-68, етаН:аагоес@ vandex.ru

Ключевые слова: сельскохозяйственные культуры, севооборот, баланс гумуса, биогенные ресурсы.

Установлено, что в зависимости от накопления массы биогенных ресурсов в виде пожнивно-корневых остатков и соломы и их биохимического состава происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества в черноземе выщелоченном. Наиболее благоприятный режим органического вещества создается в почве зернотравяного севооборота с горохом и выводным полем люцерны.

Работа выполнена в 1988-1995 гг. под научным руководством профессора В. И. Морозова, за что автор приносит ему глубокую благодарность. В полном виде результаты исследований публикуются впервые.

Введение

Влияние агроэкосистем на плодородие определяется прежде всего размерами и качеством поступающего в почву органического вещества, которые варьируют в широких пределах в зависимости от культуры, климатических и почвенных условий, техно-

логий возделывания.

Растительные остатки, поступающие в почву, подвергаются сложным процессам разложения, их минерализации и гумификации. Интенсивность и характер гумификации зависят от комплекса факторов, важнейшими из которых являются масса растительных остатков и их химический состав, гидротермические условия, биологическая активность, свойства минеральной части почвы [1; 2; 3; 4].

Для качественной оценки влияния поступающих в почву растительных остатков на режим органического вещества крайне важно установить нормативы этих процессов, так как прямое определение массы новообразований гумуса в конкретных экологических условиях методически затруднено. При этом, если известно отношение С^ в гумусовых веществах определенного типа почв, доминирующих в данном регионе, определение объема минерализованного гумуса вполне допустимо по выносу азота биомассой культур. Более сложна оценка количества растительных остатков и органических удобрений, трансформирующихся в гумусовые вещества, т.е. оценка коэффициентов гумификации. Литературные сведения показывают значительный разброс данных изогумусовых коэффициентов: от 0 (полная минерализация) до 50% и более. В связи с этим А.Д.Фокин (1993) считает, что более перспективна оценка баланса не гумуса, а углерода в агроэкосистеме, который определяется простым соотношением: баланс С равен суммарной биопродуктивности по углероду минус отчуждение биомассы из агроэкосистемы. Все показатели баланса могут быть определены экспериментально или рассчитаны.

В связи с вышеизложенным целью наших исследований, проведенных на базе экспериментальных севооборотов, заложенных и освоенных в 1975 году на опытном поле агрономического факультета под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора, Заслуженного деятеля науки и техники Ульяновской области, Почетного работника высшего профессионального образования РФ Владимира Ива-

новича Морозова, явилось изучение режима органического вещества в черноземе выщелоченном в зависимости от чередования культур в севооборотных ротациях.

Условия и методы исследований.

Исследования проводились в следующих севооборотах: зернопаровой (пар чистый - озимая рожь - яровая пшеница -овес); зерновой (горох - озимая рожь - яровая пшеница - овес); зернотравяной (горох - озимая рожь - викоовсяная смесь - люцерна (выводное поле) - яровая пшеница); зернопропашной (горох - озимая рожь -яровая пшеница - кукуруза - овес), а также бессменные посевы гороха, озимой ржи, яровой пшеницы, ячменя, овса и кукурузы.

До 1981 года все культуры в экспериментальных севооборотах возделывались на регулируемом фоне минерального питания с расчетом получения планируемых урожаев. С 1981 года в опыте стали применять навоз из расчета 8-10 т/га севооборотной площади, а с 1986 года - измельченную солому. Возделывание культур на разных фонах: расчетных доз минеральных удобрений, минеральных удобрений и навоза, совместного внесения органических, минеральных удобрений и соломы - при строгом учете пожнивно-корневых остатков (ПКО) и прямые определения содержания гумуса при этом позволили установить коэффициенты гумификации ПКО, навоза и соломы в условиях лесостепи Поволжья. Последние соответственно по углероду составляют

0,2; 0,25 и 0,3 [5]. Даже если установленные нами нормативы относительны, они дают возможность оценить основные потоки органического вещества в данной ситуации с тем, чтобы разработать рациональные приемы оптимизации гумусного состояния почвы.

Полевые опыты проводились на черноземе выщелоченном среднесуглинистом с исходным содержанием гумуса 5,95%, общего азота 0,34%, подвижных соединений фосфора и калия (по Чирикову) соответственно 143 и 190 мг/кг почвы, рНкс| 6,4.

Закладку и проведение опытов осуществляли согласно методике, предложен-

Расход гумуса (по углероду) в севооборотах за 1988-1995 гг.

Накопле- Источники азота, кг/га Минера-

но азота в фитомассе, кг/га Мине- ральные удобре- ния

Севоо- борот Культуры и пар Навоз Расти- тельные остатки Почва лизуется гумуса, кг/га

зерно- паро- вой Пар чистый Озимая рожь Яровая пшеница овес 174 143 137 27 27 27 50 30 20 27 24 24 70 62 66 2500 840 740 790

зерно- вой Горох Озимая рожь Яровая пшеница Овес 134 166 151 145 0 27 27 27 50 30 20 0 25 26 26 26 10 83 78 92 120 996 936 1104

зерно- травя- ной Горох Озимая рожь Вика+овес Люцерна Яровая пшеница 151 167 122 458 154 0 36 36 0 36 0 0 0 0 0 27 26 15 100 26 59 105 46 92 708 1260 552 1058

зерно- пропаш- ной Горох Озимая рожь Яровая пшеница Кукуруза Овес 149 161 150 181 137 0 27 27 32 27 50 30 20 0 0 26 25 26 19 24 13 79 77 130 86 156 948 920 2080 1032

ной Всесоюзным Координационным советом по севооборотам.

Посевная площадь делянок 280 м2, учетная 200 м2, повторность 3-х кратная. Анализы почвенных и растительных образцов проводили по общепринятым методикам.

Результаты и их обсуждение. В табли-

Новообразования гумуса в севооборо

цах 1 и 2 представлены объемы минерализации гумуса и его новообразования в севооборотах в среднем за 1988-1995 гг. При этом объемы минерализованного гумуса определяли с учетом соотношения углерода и азота в гумусовых веществах почвы севооборотов. При определении структуры источников азота коэффициенты его использования из минеральных удобрений, пожнив-

Таблица 2

за 1988-1995 гг.

Источники новообразования гумуса

Севоо- борот Культуры и пар навоз пожнивно-корневые остатки солома всего

кг/га % кг/га % кг/га % кг/га

Пар чистый 900 100 - - - - 900

зерно- паро- вой Озимая рожь 540 34,8 363 23,4 649 41,8 1552

Яровая пшеница 360 33,7 239 22,3 470 44,0 1069

Овес - - 234 30,6 531 69,4 765

Горох 900 68,8 117 8,9 292 22,3 1309

зерно- вой Озимая рожь 540 35,8 346 23,0 620 41,2 1506

Яровая пшеница 360 32,5 252 22,7 496 44,8 1108

Овес - - 247 30,6 561 69,4 808

6,2 -г

6 --

5,2

5

1976 год

горох

озимая рожь

яровая пшеница

--------1

1986 год

кукуруза

Рис. 1- Изменение содержания гумуса под бессменными культурами за 1976-1986 гг.

но-корневых остатков и соломы принимали

0,4, навоза 0,5, что вполне можно считать доказанным [6]. Массу новообразованного гумуса определяли с использованием нормативов, приведенных выше.

Расчеты показывают, что, несмотря на внесение навоза 8-10 т/га севооборотной площади и оставление соломы, а также применение полных доз минеральных удобрений на планируемую урожайность, наблюдался значительный расход почвенного азота, а следовательно, и гумуса на формирование урожайности культур.

Доля почвенного азота при возделывании озимой ржи составляла от 40,2 до 62,9%, яровой пшеницы от 43,3 до 59,7%, овса от 48,2 до 63,4%, кукурузы - 71,8% от выноса. В то же время при возделывании бобовых культур в среднем она не превышала 20%. Соответственно меньше расходовалось и гумуса: минерализация под этими культурами от 1,5 до 7 раз была ниже, чем под зерновыми и составляла 120-156 кг/га в севооборотах с внесением навоза и до 708 кг/га без внесения его с использованием в качестве органических удобрений только соломы.

Вопрос о роли бобовых культур в восполнении запасов гумуса в почве достаточно спорный. По мнению одних авторов [7;

8], однолетние бобовые и злаково-бообо-вые смеси из-за быстрой минерализации надземной и корневой массы могут рассматриваться главным образом как источник питательных веществ и мало способствуют накоплению гумуса. По мнению М. И. Сидорова (1987) и других [10; 11], горох и другие бобовые культуры, обеспечивая микробиоценозы азотом и улучшая общую биоген-ность почвы, способствуют сохранению гумуса.

В связи с этим значительный интерес представляет динамика содержания гумуса под бессменными культурами (рис. 1).

Наибольшие потери общего углерода и азота наблюдались под кукурузой и составили за 11 лет 9,87 т/га в слое 0-20 см, или

0,90 т/га ежегодно. Зерновые колосовые обусловили примерно одинаковую убыль органического вещества почвы: от 0,59 (яровая пшеница) до 0,74 т/га (овес) общего углерода в слое 0-20 см ежегодно. В то же время результаты наших исследований показали, что если в слое 0-20 см под горохом и происходят потери общего углерода (0,21 т/га в год), то в слое 0-40 см наблюдается ежегодная его прибыль в количестве 0,28 т/га. Следовательно, в поддержании количества общего углерода и азота в почве на бездефицитном уровне заметную

Баланс гумуса в севооборотах за 1987-1995 гг., кг/га

Показатели Севообороты

зерно- паровой зерновой зерно- травяной зернопро- паш- ной

Вынос азота 114 149 210 156

Источники азота:

минеральные удобрения 20 20 21 23

навоз 25 25 0 20

растительные остатки 19 26 39 24

почва 50 65 60 77

азотфиксация бобовыми - 13 90 12

Минерализуется гумуса: 1218 789 716 1027

Новообразования гумуса:

из навоза 450 450 - 360

из пожнивно-корневых остатков 209 241 427 271

из соломы 413 492 289 390

всего 1072 1183 716 1021

Баланс гумуса -146 394 0 -6

роль может играть соотношение бобовых и не бобовых культур в севооборотах. Приведенные данные прямых определений содержания гумуса под культурами близки к расчетным с использованием нормативов, полученных нами, что подтверждает возможность использования их с достаточной достоверностью для оценки гумусного состояния черноземов лесостепи Поволжья, в том числе вклада каждой культуры в новообразование гумуса.

данные таблицы 3 показывают, что вклад источников органического вещества в новообразование гумуса различен. С пожнивно-корневыми остатками зерновых культур восполняется от 22,3 до 35,8% расхода гумуса в зависимости от видов севооборотов. Масса новообразованных из пожнивно-корневых остатков люцерны гумусовых веществ превосходит зерновые культуры от 3,2 до 4,8 раз. Меньше всего образуется гумуса под кукурузой - 388 кг/га.

Значителен вклад соломы в новообразование гумуса. Доля соломы в структуре энергетического материала для компенсации потерь гумуса под озимой рожью составляет от 40,7 до 64,2, под яровой пшеницей - от 44,0 до 66,4%. Внесение навоза по-

зволяет обеспечить положительный баланс гумуса под этими культурами. Под горохом в этих условиях он составляет более одной тонны на одном гектаре. Положительный баланс гумуса (1135 кг/га) создавался под люцерной, где в качестве энергетического материала в почву поступают только пожнивно-корневые остатки.

Исследования показали, что биогенные ресурсы, их количественный и качественный состав оказывают прямое влияние на гумусное состояние почвы в севооборотах, происходит дифференциация их по влиянию на режим органического вещества и в целом на плодородие почвы.

Несмотря на внесение навоза (10 т/га) и соломы зерновых культур (4 т/га), в зернопаровом севообороте масса растительных остатков, поступающих в почву, не обеспечивает компенсацию расхода гумуса на формирование урожаев культур.

При этом за счет пожнивно-корневых остатков восполняется 209 кг/га, или 17,1% от его минерализации в почве; за счет соломы 413 кг, или 33,9%; а некомпенсированные потери составляют 12%. Следовательно, внесение навоза в паровое поле с расчетом на весь севооборот (в нашем случае 40 т) не

Таблица 4

Влияние севооборотов на баланс гумуса

Севооборот Баланс гумуса (±), кг/га

1976-1981 гг. 1981-1986 гг. 1986-1 .991 гг.

фактиче- ски расчет- ный фактиче- ски расчет- ный фактиче- ски расчет- ный

Зернопаровой -1874 -1816 -882 -870 -157 -143

Зерновой -1352 -1327 -415 -318 +259 +242

Зернопропашной -1612 -1596 -725 -698 -104 -127

Зернопаропропашной не опр. не опр. не опр. не опр. -52 -37

решает проблему компенсации потерь гумуса на чистых парах.

В зернопропашном севообороте использование соломы (4 т/га) в качестве органического удобрения обеспечивало восполнение гумуса в количестве 390 кг/га, или 38% от его минерализации. За счет пожнивно-корневых остатков компенсировалось 271 кг/га гумуса, или 26,4%. В дополнение к указанным источникам внесение навоза 8 т/ га севооборотной площади способствовало образованию 360 кг/га гумуса и обеспечивало почти бездефицитный баланс.

В зерновом севообороте с горохом наблюдался положительный баланс гумуса и бездефицитный - в зернотравяном с горохом и люцерной. Как указывалось выше, в последнем севообороте навоз не применялся и в качестве органических удобрений использовалась только солома зерновых культур на двух полях (3 т/га). При этом доля пожнивно-корневых остатков люцерны в общем балансе новообразований гумуса составляла 32%, тогда как доля растительных остатков зерновых культур (пожнивнокорневые остатки и солома) в среднем не превышала 20%. Аналогичные результаты получены рядом авторов. По сообщению Н. А. Старовойтова и др. (1983), включение в схему чередования 8-польного севооборота двух полей многолетних трав обеспечивало бездефицитный баланс гумуса без применения органических удобрений при любых способах обработки почвы. По данным В. Ф. Зубенко и Л. А. Барштейн (1996), насыщение севооборотов на 30-40% бобовыми культурами и травосмесями в основных и проме-

жуточных посевах на органоминеральном фоне обеспечивало устойчивость отношения углерода к азоту, увеличение пептидной составляющей гуминовых кислот, то есть азота в органической, экологически сбалансированной форме. При этом ведущая роль принадлежала люцерне. Без многолетних трав применение навоза из расчета 9 тонн на 1 гектар севооборотной площади только замедлял потери гумуса [14].

Следовательно, в плане совершенствования севооборотов многолетние бобовые травы являются мощным резервом регулирования режима органического вещества и воспроизводства биогенных ресурсов плодородия почвы.

Следует отметить, что, несмотря на условность расчетного метода и недостаточную изученность всех параметров приходной и расходной статей гумусового баланса в условиях Поволжского региона, сопоставление полученных расчетных данных и прямых определений содержания и запасов гумуса в черноземе выщелоченном в наших опытах показало их близкую сходимость (табл. 4).

Последнее показывает, что полученные нами нормативы (уравнения регрессии для расчета пожнивно-корневых остатков и соломы, коэффициенты гумификации растительных остатков) вполне приемлемы для прогноза режима органического вещества в почвах.

Выводы

1. Установлены коэффициенты гумификации пожнивно-корневых остатков, соломы и навоза в экологических условиях ле-

состепи Поволжья, которые соответственно по углероду составляют 0,2; 0,25 и 0,3;

2. Пожнивно-корневые остатки зерновых культур восполняют от 22 до 36% расхода гумуса на формирование урожайности культур, солома - от 41 до 64%. Масса новообразованных из пожнивно-корневых остатков люцерны гумусовых веществ от 3,2 до 4,8 раз превосходит зерновые культуры. Меньше всего из изученных культур образуется гумуса под кукурузой;

3. Происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы. При условии внесения навоза 8-10 т/га и соломы 4-5 т/га на фоне минеральных удобрений с расчетом получения планируемой урожайности в зернопаровом севообороте создается отрицательный, в зернопропашном севообороте с одним полем гороха почти бездефицитный и положительный баланс гумуса в зерновом севообороте с горохом. В зернотравяном севообороте с горохом и выводным полем люцерны без внесения навоза при условии использования соломы зерновых культур в качестве органических удобрений (3 т/га) создается бездефицитный баланс гумуса.

Полученные нами нормативы и закономерности могут быть использованы в производственных условиях для прогнозирования режима органического вещества и оптимизации гумусного состояния чернозема в агроэкосистемах лесостепи Поволжья.

Библиографический список

1. Кононова, М. М. Органическое вещество почвы, его природа, свойства и методы изучения / М.М.Кононова. - М.:Изд-во АН СССР, 1963. 314 с.

2. Фокин, А.Д. Влияние органического вещества на агрономические свойства и режимы почв / А.Д. Фокин //Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах.- М.: Изд-во МСХА, 1993. С. 34-39.

3. Александрова, Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л.Н. Александрова.- Л.:Наука, 1980. 286 с.

4. Janzen, R. A. Goh Tee Boon Stabiliza-

tion of Residual Cand N in Soil /R. A. Janzen, C. F. Shegkewich //Can. J. Soil Sci, 1988. V. 68. №

4. P. 733-745.

5. Морозов, В. И. Прогноз и картографирование сорняков в севооборотах / В.И. Морозов, А.Х. Куликова, М.И. Подсевалов, Е.А. Петухов //Защита растений. 1994. № 6.

С. 48-53.

6. Смирнов, П.М. Проблемы азота в земледелии и результаты исследований с 15N / П.М. Смирнов //Агрохимия. 1977. №

1.С. 3-25.

7. Шапошникова, И.М. Изменение гумусового фонда почв в Ростовской области / И.М. Шапошникова, И.Н. Листопадов //Почвоведение. 1985. № 8. С. 57-62.

8. Лыков, А.М. Гумус и плодородие почвы / А.М. Лыков - М.: Московский рабочий, 1985. 200 с.

9. Сидоров, М.И. Научные основы современных интенсивных севооборотов / М. И. Сидоров // Агрономические основы специализации севооборотов. -М.:Агропромиздат, 1987. С. 17-22.

10. Свиридов, А.К. Севообороты по производству зерна в Центрально-Черноземной зоне / А.К. Свиридов, В.В. Черенков // Агрономические основы специализации севооборотов. М.:Агропромиздат, 1987. С. 110-117.

11. Исаев, А. П. Агротехническая и энергосберегающая роль зерновых бобовых культур в лесостепной зоне европейской части России / А. П. Исаев: Автореф. дис. ... доктора с.-х. наук.- Немчиновка, Московская обл., 1994. 46 с.

12. Старовойтов, Н. А. Оптимизация обработки почвы в зернотравяном севообороте / Н. А. Старовойтов, Р. Е. Помченкова // Земледелие. 1983. № 12. С. 14-16.

13. Зубенко, В. Ф. О мерах по увеличению концентрации посевов сахарной свеклы в севооборотах / В.Ф. Зубенко, Л.Н. Барштейн //Теория и практика современного севооборота.- М.:Изд-во МСХА, 1996. С. 251-258.

14. Ещенко, В. Е. Структура посевных площадей и баланс гумуса / В.Е. Ещенко, А.В. Роенко // Земледелие. 1988. № 11. С. 41-42.