Агрохимические свойства чернозёма и продуктивность зерновых культур в условиях микрорельефа

Земледелие Сибири

АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗ'МА И ПРОДУКТИВ-НОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ

МИКРОРЕЛЬЕФА

A.А. ШПЕДТ,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

B.И. НИКИТИНА,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент,

Красноярский ГАУ, г. Красноярск

Ключевые слова: рельеф местности, микрорельеф, свойства почвы, зерновые культуры, агрохимические свойства чернозёма.

Рельеф оказывает многостороннее влияние на микроклимат, на процессы, протекающие в почвенной толще, свойства почвы и особенности её генезиса. Возможности ведения земледелия, его специализация и эффективность в значительной мере обусловлены рельефом. Определяя развитие почв и их плодородие, рельеф местности оказывает существенное влияние на ценность почв и земель. В значительной степени рельеф определяет развитие водной и ветровой эрозии. В развитых странах со-временные технологии производства продукции растениеводства уже доведены до уровня внутрипольной дифференциации - под названием "прецизионного земледелия" [1] .

В настоящее время вскрыты основные причины, вызывающие неоднородность почвенного покрова. Однако эти исследования проводились, в основном, в европейской части страны. В Сибири подобные исследования единичны [3-5, 7-9]. Установлено, что микропестрота свойств чернозёмов - основная причина микропестроты урожайности сельскохозяйственных культур [5]. Определяющее влияние на величину урожая на разных элементах почвенного микрокомплекса принадлежит гумусовой составляющей (степень гуму-сированности и мощность гумусового горизонта), которая во многом определяет диапазон активной влаги в почве,

а вместе с ним - и величину урожая. По мнению Н.Г. Рудого [7], для повышения эффективности систем земледелия необходимо увеличить масштаб почвенного и агрохимического обследования землепользований.

Цель и методика исследований

Схема опыта включала следующие варианты: 1) ровный участок (контроль 1); 2) блюдце; 3) микроложбина; 4) ровный участок (контроль 2); 5) ровное повышение; 6)удлиненное микропонижение. Площадь опытного поля составляла 2,4 га. Основной фон опытного поля был представлен чернозёмом обыкновенным маломощным малогумусным. Почвообразующая порода - делювиальными карбонатными тяжелосуглинистыми отложениями. Перепады высот между почвенными комбинациями не превышали 40-50 см. Первые три варианта опыта залегали по рельефу несколько ниже остальных трех вариантов. По этой причине в опыт были введены два контрольных варианта.

Возделывались яровая пшеница сорта Уярочка и яровой ячмень - Вулкан. Посев проведен в начале мая, а уборка и учёт урожая - в начале сентября. Предшественник - чистый пар. Агротехника возделывания культур была типичной для лесостепной зоны Красноярского края.

Отбор почвенных образцов проводился в сентябре, параллельно учёту

ш»Г і

урожая, с помощью агрохимического бура. Каждый вариант был представлен пятью объединёнными почвенными пробами, состоящими из 10-15 единичных проб. Урожайность учитывалась методом отбора снопов с 1м2 в 4-5-кратной повторности.

Анализ почвы проводили общепринятыми агрохимическими методами: общий углерод гумуса (Сгумуса) по И.В.Тюрину; рН в солевой 1 н. КС1 суспензии - потенциометрически; подвижный фосфор - по Чирикову. Для извлечения подвижной части гумуса (С0,1 н. ЫаОН) использовали 0,1 н. ЫаОН, при соотношении почвы и растворителя 1:20, а для лабильного органического вещества (Слов) - тяжелую жидкость (Р=1,9-2,0 г/см3).

Содержание общего гумуса изменялось в почве разных элементов микрорельефа от 2,69 до 4,40% (табл.1). Различия содержания гумуса в почве разных вариантов опыта были существенные. Наиболее контрастно по содержанию гумуса различались почва ровных контрольных участков - в 1,6 раза. Различия в содержании гумуса достигали 1,7%. Необходимо отметить, что в почве пониженных элементов микрорельефа - блюдца, удлинённого микропонижения и даже микроложбины - содержание гумуса было меньше, чем в почве первого контрольного варианта, но больше, чем в почве второго контрольного варианта. По нашему мнению, это указывает на трансаккумулятивный характер микропонижений.

Подвижных гумусовых веществ экстрагировалось из почвы всего 110265 мг/100 г, или 6,3-10,4% от общего содержания углерода гумуса. Отношение максимального значения к минимальному составляло 2,4, что указывало на изменчивость содержания и подвижность данной формы гумусовых веществ. Микрорельеф существенно повлиял на содержание данной формы гумусовых веществ.

Содержание лабильного органического вещества, так называемого детрита, изменялось в почве микрокомплексов от 0,1 до 0,22%, или в 2,2 раза, при-

Lay of land, microrelief, properties of ground, grain crops, agrarian-chemical properties of chernozem.

Таблица 1

Влияние микрорельефа на свойства чернозёма обыкновенного

Вариант опыта Гумус, % С0,1 н. ИаОН, мг/100 г Слов, % рНсол. Р2О5, мг / 100 г Мощность гум. гор., см Глубина залег. карбон., см Влажность почвы в слое 0-50см, %

1. Ровный участок (контроль 1) 4,40 265 0,22 6,58 27,8 45-50 60 23,6

2.Блюдце 2,95 144 0,18 6,65 23,2 30-40 35-45 18,3

3. Микроложбина 4,02 205 0,19 6,60 28,4 90 >90 25,5

НСРсб 0,51 - 0,08 0,16 3,2 - - 2,0

Sx,% 4,4 - 13,0 0,8 3,9 - - 3,5

4. Ровный участок (контроль 2) 2,69 130 0,12 6,48 18,2 30 35 18,5

5. Ровное повышение 3,62 181 0,10 6,62 18,2 30-50 40-50 20,5

6. Удлинённое микропонижение 3,00 110 0,10 6,98 19,4 20 30-45 17,5

НСР05 0,37 36 0,02 0,17 2,8 - - 1,0

Sx,% 4,0 7,3 6,5 0,8 5,0 - - 1,5

Земледелие Сибири

Таблица 2

Влияние микрорельефа на продуктивность зерновых культур, т/га

Вариант опыта Фитомасса Зерно

пшеница ячмень среднее пшеница ячмень среднее

1.Ровный участок (контроль 1) 4,02 7,41 5,72 1,54 3,21 2,38

2. Блюдце 2,60 3,34 2,97 1,23 1,25 1,24

3. Микроложбина 3,85 5,28 4,57 1,51 2,43 1,97

НСР05 1,52 1,01 - 0,42 0,56 -

вх,% 14,2 5,9 - 9,6 8,0 -

4.Ровный участок (контроль 2) 3,84 6,16 5,00 1,62 2,64 2,13

5.Ровное повышение 4,30 5,64 4,97 1,65 2,56 2,11

6.Удлиненное микропонижение 2,30 - 2,30 1,24 - 1,24

НСР05 1,02 - - 0,23 - -

вх,% 9,7 - - 4,9 - -

чем почва микроложбины, блюдца, ровного контрольного участка содержала детрита значительно больше, чем почва повышения, удлиненного микропонижения и ровного контрольного участка 2. Участок 1, блюдце и микроложбина залегали на несколько десятков сантиметров ниже, относительно ровного участка 2, повышения и удлиненного микропонижения. Накопление детрита в почве первых трёх вариантов обусловлено было лучшей влагообеспеченнос-тью и дополнительным поступлением органического материала с других участков. Любая местность с определенным рельефом состоит из геохимических зон выноса, переноса и аккумуляции. Перераспределение вещества связано, прежде всего, с перемещением относительно микрорельефа поверхностной влаги.

Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта менялась по элементам микро-рельефа очень контрастно, от 20 до 90см, то есть более чем в 4 раза. Мощный гумусовый горизонт был характерен для почвы микроложбины, укороченный - для почвы удлинённого микропонижения. Разная мощность гумусового горизонта почвы микрокомплексов позволяет говорить о переносе почвенного материала. Мелкозём, а вместе с ним и органическое вещество, выносились с поверхности ровного участка 2, повышения и даже удлинённого микропонижения, поступали в почву ровного участка 1, блюдца и микроложбины, здесь накапливались и далее выносились через ложбину за пределы опытного поля. Таким образом, ровный участок 2, повышение и удлинённое микропонижение

- это трансэлювиальные образования, а ровный участок 1, блюдце и микроложбина - трансаккумулятивные. Мы также полагаем, что по отношению к ровному участку 2 и повышению удлинённое микропонижение является трансаккумулятивным образованием, а по отношению к ровному участку 1, блюдцу и микроложбине - больше трансэлювиальным.

Глубина залегания карбонатов в почвенном профиле также была связана с мощностью гумусового горизонта. В почвенном профиле карбонаты залегали

чуть ниже (на 5-12см) гумусового горизонта, указывая на слабую степень вы-щелоченности почвы. Корреляционная связь между мощностью гумусового горизонта и глубиной залегания карбонатов была очень высокая: г = +0,98±0,05. Высокая корреляционная связь отмечалась также между содержанием в почве углерода гумуса и глубиной залегания карбонатов: г = +0,75±0,17.

Под влиянием микрорельефа изменялась реакция почвенного раствора. Значение рН солевой суспензии почвы микрообразований изменялось от 6,5 до 7,0. Чем выше залегали карбонаты в почвенном профиле, тем больше было значение рН в пахотном слое почвы, но значимой связи между этими свойствами почвы не было выявлено. По нашему мнению, это связано с регулярным оборачиванием пахотного слоя почвы, в результате чего выщелоченный и карбонатный горизонт перемешивались. Это усиливало изменчивость рН в поверхностном слое почвы.

Содержание подвижного фосфора также было подвержено существенным изменениям. В почве опытного участка, относительно элементов микрорельефа, содержание Р205 менялось в 1,6 раза, от среднего класса обеспеченности до высокого. Обращает на себя внимание высокая обеспеченность подвижным фосфором почвы ровного участка 1, блюдца и микроложбины. По нашему мнению, это обусловливалось дополнительным поступлением мелкозёма и органического вещества на данные элементы микрорельефа. Связь между содержанием гумуса и подвижным фосфором характеризовалась как сильная: г = +0,76±0,12.

Таким образом, почва опытного участка имела значительную пестроту агрономических и агрохимических параметров. Безусловно, такая вариация свойств почвы не могла не оказать существенного влияния на её плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур.

Общая фитомасса яровой пшеницы изменялась в пределах опытного поля от 2,30 до 4,30 т/га (табл. 2). Ва-

рьирование данного показателя в пределах поля характеризовалось как высокое. Различие урожайности зерна между наиболее контрастными вариантами (ровное повышение и удлинённое микропонижение) составляло 0,42 т/га, а варьирование в пределах поля -19%. Низкая продуктивность культуры была обусловлена сильным развитием грибных болезней. Биомасса ячменя изменялась от 2,30 до 5,75 т/га, а коэффициент вариации составлял 27%. Различие урожайности зерна ячменя между наиболее контрастными вариантами достигало 1,96 т/га, а варьирование урожайности зерна - 31%. Таким образом, варьирование урожайности в пределах поля, характеризующегося спокойным ровным рельефом, может достигать 20-30%.

Все варианты опыта по урожайности зерновых культур можно разделить на три группы, внутри которых отличия минимальные: в первую группу вошли выровненное повышение и контрольные ровные участки, здесь амплитуда изменчивости урожайности зерновых культур в среднем за два года была от 2,11 до 2,38 т/га; во вторую - удлиненное микропонижение и блюдце (1,24 т/га); в третью - ложбина (1,97 т/га).

Такое разделение можно объяснить примерно сходными условиями произрастания пшеницы на отдельных участках. В первую группу вошли участки, находящиеся на чернозёме обыкновенном малогумусном маломощном и среднемощном, во вторую - на чернозёме обыкновенном малогумусном укороченном и маломощном. Депрессивные формы микрорельефа существенно уступали по продуктивности ровным участкам.

Положение о том, что отрицательные формы микрорельефа снижают урожайность зерновых культур, нуждается в пояснении. Дело в том, что высокие урожаи культур не всегда совпадают с зонами наибольшего содержания в почве питательных веществ. Так, в опытах проведенных в Нечерноземной зоне России, отмечена тенденция к увеличению урожайности зерновых культур на повышенных частях склонов, тогда как в аккумулятивных позициях урожайность была меньше, хотя обеспечение элементами питания было максимальным [2, 6]. Такое явление авторы объясняют нарушением соотношения между элементами питания. Также на продуктивность растений могут оказывать влияния и колебания микроклиматических условий.

Выявлено существенное влияние на продуктивность зерновых культур содержания общего углерода гумуса, подвижных гумусовых веществ, извлекаемых 0,1 н. ЫаОН, влажности почвы в слое 0-50 см и рН солевой суспензии (табл. 3). Несколько слабее была связь между урожайностью пшеницы, мощностью гумусового горизонта и глубиной залегания карбонатов. На урожайность ярового ячменя дан-

Земледелие Сибири

Таблица 3

Влияние свойств почвы на продуктивность зерновых культур

Свойства почвы п Фитомасса Зерно

Пшеница

Сгумуса 30 0,56±0,16 0,31 0,37±0,18 0,14

С 0,1 н. ЫаОН 30 0,65±0,14 0,42 0,46±0,17 0,21

Слов 24 0,16±0,21 0,03 -0,06±0,21 0,00

Мощность гумусового горизонта 18 0,40±0,23 0,16 0,26±0,24 0,07

Глубина залегания карбонатов 18 0,46±0,22 0,21 0,30±0,24 0,09

рНсол. 30 -0,76±0,12 0,58 -0,72±0,13 0,52

Р2О5 30 0,16±0,21 0,03 -0,06±0,21 0,00

Влажность почвы, 0-50см 18 0,62±0,20 0,38 0,45±0,22 0,20

Ячмень

Сгумуса 24 0,53±0,18 0,28 0,58±0,17 0,34

С 0,1 н. ЫаОН 24 0,63±0,17 0,40 0,64±0,16 0,41

Слов 24 0,10±0,21 0,01 0,05±0,21 0,00

Мощность гумусового горизонта 18 0,07±0,25 0,00 0,17±0,25 0,03

Глубина залегания карбонатов 18 0,22±0,24 0,05 0,31±0,24 0,10

рНсол. 24 -0,57±0,18 0,32 -0,53±0,18 0,28

Р2О5 24 0,12±0,21 0,01 0,13±0,19 0,02

Влажность почвы, 0-50см 18 0,42±0,23 0,18 0,51±0,22 0,26

ные показатели не оказывали никакого влияния. Не выявлено связи между продуктивностью растений и содержанием в почве детрита и подвижного фосфора.

Обнаружена сильная обратная зависимость между продуктивностью пшеницы и рНсол.: г= -0,72...-0,76. На ячмене данная зависимость проявлялась слабее, что вполне объяснимо, так как данная культура относится к группе солеустойчивых и, по сравнению с пшеницей, лучше переносит повышение рН почвенного раствора. На отрицательную связь между урожайностью зерновых культур и рН солевой суспензии на чернозёмах в условиях лесостепной зоны Красноярского края неоднократно указывали П.И. Крупкин и В.В. Топтыгин [4, 5].

Установлена средняя зависимость (г = +0,42.+0,62) между влажностью почвы и продуктивностью пшеницы и ячменя. При повышении влажности в слое почвы 0-50, соответственно повышалась и урожайность. Это хорошо видно на примере двух, наиболее контрастных по влажности и урожайнос-

ти форм микрорельефа: ровный участок (контроль 1) и удлинённое микропонижение. Низкая влажность почвы блюдца и удлиненного микропонижения давала отрицательные результаты, здесь наблюдалась самая низкая продуктивность сельскохозяйственных культур.

Таким образом, перераспределяя содержание различных компонентов, микрорельеф самым существенным образом повлиял на плодородие почвы. Оптимизация плодородия в условиях пространственной неоднородности почв требует дифференцированного применения агротехнических и агрохимических приёмов. Современные технологии предусматривают дифференцированное, относительно пространственной изменчивости поля, проведение основных и дополнительных технологических операций по обработке почвы, применения удобрений и средств защиты растений [10, 11]. Применение технологий прецизионного земледелия позволяет экономить до 20-30% минеральных удобрений и средств защиты растений [1] и суще-

ственно повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Соглашаясь с мнением Н.Г. Рудого [7] о необходимости увеличения масштаба почвенного и агрохимического обследования, полагаем, что также важно установить в границах имеющихся землепользований геохимические зоны выноса, переноса и аккумуляции почвенного материала.

Выводы. Рекомедации

Относительно форм микрорельефа, в почве содержание общего гумуса изменяется в 1,6 раза, содержание подвижных гумусовых веществ - в 2,4 раза, а содержание лабильного органического вещества - в 2,2 раза. Содержание подвижного фосфора изменяется в почве по элементам микрорельефа в 1,6 раза

- от среднего класса обеспеченности до высокого.

Микрорельеф оказывает влияние на мощность гумусово-аккумулятивного горизонта почвы, которая изменяется от 20 до 90 см, или более чем в 4 раза. Чем сильнее выражена аккумуляция органического вещества в почвенном профиле, тем выше влажность почвы в слое 0-50 см. Глубина залегания карбонатов в почвенном профиле тесно связана с мощностью гумусового горизонта (г = +0,98±0,05). Чем выше залегают карбонаты в почвенном профиле, тем больше значение рНсол. в пахотном слое почвы.

Пространственная неоднородность почв, обусловленная микрорельефом, существенно влияет на продуктивность яровой пшеницы и ячменя. Варьирование урожайности зерновых культур относительно элементов микрорельефа составляет 2030%. Урожайность зерновых культур на депрессивных элементах микрорельефа в 1,1-1,8 раза ниже, по сравнению с ровными участками.

Наибольшее положительное влияние на урожайность пшеницы и ячменя оказывает содержание в почве общего углерода гумуса и подвижных гумусовых веществ. Связь характеризуется как прямая средняя и сильная. Наибольшее отрицательное влияние на урожайность оказывает рН солевой суспензии.

Литература

1. Внутрипольная пестрота почвенного покрова и урожайность в центре Чернозёмной зоны России: сб. ст. / Э.Г. Васенева [и др.]; Воронежский государственный университет. - 2000. - С. 330-362.

2. Гришина Л.А., Моргун Л.В. Пространственное варьирование содержание гумуса и азота в пахотном слое дерново-подзолистых почв // Агрохимия. - 1978. - №11. - С. 88-91.

3. Крупкин П.И., Крупкина Э.И. Микропестрота почвенного покрова и урожай в Центральной Сибири // Почвоведение. - 1971.

- №3. - С. 3-14.

4. Крупкин П.И. Топтыгин В.В. Влияние микропестроты свойств чернозёмов на урожай сельскохозяйственных культур в условиях Центральной Сибири // Плодородие почв и агротехника сельскохозяйственных культур в Восточной Сибири. - Новосибирск: СОРАСХН, 1992. - С. 16-28.

5. Крупкин П.И. Черноземы Красноярского края: Монография. - Красноярск: КрасГУ, 2002. - 332 с.

6. Липкина Г.С. Перераспределение со стоком вносимых с удобрением элементов минерального питания в склоновых почвах Нечерноземья и его влияние на урожай многолетних трав // Почвоведение. - 1986. - №5. - С. 41-48.

7. Рудой Н.Г. Пространственная изменчивость и корреляционные связи агрохимических свойств лесостепных чернозёмов / Почвы Сибири: особенности функциони-рования и использования. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2006. - Вып.2. - С. 144-150.

8. Топтыгин В.В. Почвы и урожай яровой пшеницы в условиях мелкобугристого рельефа // Тр. КНИИСХ. - Т.7. - Красноярск, 1972. - С. 45-51.

9. Яхтенфельд П.А. Культура яровой пшеницы в Сибири. - М.: Мысль, 1981. - 359 с.