Влияние севооборотов на динамику нитратов в черноземе выщелоченном лесостепной зоны Зауралья

УДК 631.4

ВЛИЯНИЕ СЕВООБОРОТОВ НА ДИНАМИКУ НИТРАТОВ В ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАУРАЛЬЯ

Д.И. ЕРЁМИН, доктор биологических наук, доцент А.Н. МОИСЕЕВ, соискатель ГАУ Северного Зауралья E-mail: soil-tyumen@yandex.ru

Резюме. Исследования проводили с целью изучения возможностей управления азотным режимом чернозема выщелоченного в лесостепной зоне Зауралья при использовании различных севооборотов. Схема опыта предусматривала проведение наблюдений в трех севооборотах: зернопаровой (ранний пар; яровая пшеница; яровая пшеница; яровая пшеница), зернотравяной (клевер с донником + однолетние травы; клевер с донником, поукосно озимая рожь; озимая рожь на зеленую массу; яровая пшеница), зернотравяной с занятым паром (однолетние травы, поукосно озимая рожь; озимая рожь на зеленую массу; яровая пшеница; яровая пшеница). Ранний пар накапливает нитратный азот, который расходуется на следующий год. Возделывание яровой пшеницы более двух лет подряд негативно отражается на активности почвенной микрофлоры. В результате количество азота текущей нитрификации снижается на 25 %, относительно запасов под яровой пшеницей, посеянной во втором поле зернопарового севооборота, где величина этого показателя достигает 76 кг/га. Наличие бобовых трав в зернотравяном севообороте положительно влияет на азотный режим чернозема выщелоченного, что позволяет снизить его насыщенность азотными удобрениями до 58 кг д.в. на 1 га. Культуры этого севооборота способствуют усилению активности микрофлоры, что позволяет накопить до 102 кг азота текущей нитрификации. Замена в севооборотах многолетней злаково-бобовой растительности на однолетние травы не оказывает положительного влияния на азотный режим чернозема выщелоченного. Азот текущей нитрификации в культурах зернотравяного с занятым паром севооборота составил42...47кг/ га, что привело к необходимости увеличения доз минеральных удобрений до 73 кг/га севооборотной площади.

Ключевые слова: чернозем выщелоченный; ранний пар; нитрификация; многолетние травы; зернопаровой севооборот; минеральные удобрения.

Земледелие в Западной Сибири имеет свои особенности, связанные с почвенно-климатическими условиями региона. Из-за большого разнообразия почв требуется индивидуальный подход к выбору систем обработки и ухода за посевами, что приводит к необходимости использования нескольких севооборотов в пределах хозяйства. Сильное промерзание и медленное оттаивание почвы накладывает отпечаток на ее биологическую активность, особенно в начале вегетации, что негативно отражается на азотном режиме. В современных условиях, когда стоимость минеральных удобрений несоизмеримо высока, севооборот - одно из немногих решений проблемы стабилизации пищевого режима. Его использование обеспечивает наибольшую продуктивность пашни благодаря рациональному потреблению удобрений и созданию оптимальных условий для микрофлоры, отвечающей за нитрификацию в почве.

Азотный режим черноземных почв ЗападноСибирского региона складывается, главным образом, за счет нитратных форм этого элемента, что связано с быстрым потреблением соединений аммония по-

чвенной микрофлорой с последующим окислением до нитратов. Это делает азотный режим сибирских черноземов крайне неустойчивым, особенно в условиях переменного увлажнения [1...3].

Цель наших исследований - определение роли севооборотов в стабилизации азотного режима чернозема выщелоченного в результате текущей нитрификации под действием различных сельскохозяйственных культур.

Условия, материалы и методы. Схема опыта предусматривала проведение исследований в трех севооборотах:

зернопаровой - ранний пар; яровая пшеница; яровая пшеница; яровая пшеница;

зернотравяной - клевер с донником + однолетние травы; клевер с донником, поукосно озимая рожь; озимая рожь на зеленую массу; яровая пшеница;

зернотравяной с занятым паром - однолетние травы, поукосно озимая рожь; озимая рожь на зеленую массу; яровая пшеница; яровая пшеница.

Учётная площадь опытного стационара 3,92 га (450x87 м).

Почва опытного поля - чернозем выщелоченный, маломощный, тяжелосуглинистый с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами (табл. 1) [4]. Плотность сложения пахотного слоя 1,07.. .1,25 г/см3.

Метеорологические условия в годы проведения исследований различались между собой по тепло- и влагообеспеченности. Так, 2006 и 2010 гг. характеризовались умеренно-теплым и сухим началом вегетации и жарким с минимальным количеством осадков августом. В 2007 г. весна была затянувшейся с холодной и дождливой погодой, тогда как лето, напротив, было очень жарким и сухим, 2008 и 2009 гг. были умеренно-увлажненными с теплой погодой, но с неравномерным распределением осадков, основная масса которых в 2008 г. пришлась на июнь, в 2009 г. - на июль.

Повторность в опыте трехкратная. В севооборотах высевали сорта, зарегистрированные в северной лесостепи Тюменской области с рекомендованными для зоны нормами высева. Система основной обработки почвы в севооборотах дифференцированная, разноглубинная. Технологические операции по посеву, уходу и уборке общепринятые для лесостепной зоны Зауралья. Обработка раннего пара предусматривала весеннюю вспашку на глубину 28.30 см в текущем году с последующими мелкими обработками. Под яровую пшеницу вносили минеральные удобрения на планируемую урожайность 4,0 т/га зерна. Расчет проводили ежегодно методом элементарного баланса. Минеральные удобрения заделывали на глубину 10.12 см перед посевом. Под однолетние и многолетние травы азотные удобрения вносили в виде подкормки в дозе 30 кг д.в. на 1 га.

Таблица 1. Характеристика чернозема выщелоченного опытного поля

Слой, см Плотность сложения, г/см3 Гумус, % Валовой, % PНKCI S, мг-экв/100 г почвы V, % Физическая глина (<0,01 мм), %

азот фо- фор

0...10 1,07 9,05 0,44 0,18 5,5 34,0 91 46,8

10...20 1,13 9,00 0,45 0,18 5,5 31,9 90 45,3

20...30 1,25 7,65 0,43 0,16 5,5 31,4 89 36,2

Образцы почвы отбирали 10 мая, 10 июня и 5 сентября до глубины 30 см с шагом 10 см во всех полевых повторениях в 4-х кратной повторности с последующим усреднением по пахотному (0.30 см) горизонту.

Содержание нитратного азота определяли дисуль-фофеноловым методом с пересчетом на запасы этого элемента питания (ГОСТ 26207-91). Азот текущей нитрификации рассчитывали по методике предложенной Ю.И. Ермохиным [3]. Статистическую обработку проводили по Б.А. Доспехову с использованием компьютерной программы «Ос1п1», разработанной на кафедре ЭММиВТ Тюменской ГСХА.

За ротацию зернопарового севооборота было внесено 270 кг д. в. азота и 110 кг фосфора (табл. 2), или 68 и 28 кг/га севооборотной площади соответственно. Наличие многолетних трав в зернотравяном севообороте способствовало уменьшению количества применяемых минеральных удобрений, которые использовали только в виде подкормок, - за ротацию было внесено 230 кг азота и 100 кг фосфора. Норма азотных удобрений в расчете на 1 га севооборотной площади уменьшилась, по сравнению с зернопаровым севооборотом, на 15 %, а фосфора - на 11 %.

Таблица 2. Насыщенность минеральными удобрениями севооборотов, кг д.в./га

Севооборот За ротацию На 1 га севооборотной площади

азот фосфор азот 1 фосфор

Зернопаровой 270 110 68 28

Зернотравяной 230 100 58 25

Зернотравяной с занятым паром 290 60 73 15

Зернотравяной севооборот с занятым паром характеризовался наибольшей насыщенностью азотными удобрениями. За ротацию было внесено 290 кг д.в./ га азота, что на 20 кг (7,5 %) больше, чем в зернопаровом севообороте, и на 26 % выше, по сравнению с зернотравяным.

Результаты и обсуждение. Запасы нитратного азота к первой декаде мая в пахотном слое парового поля зернопарового севооборота составили 21 кг/га (5,8 мг/кг почвы), что соответствует очень низкой обеспеченности этим элементом (табл.3). Столь малое количество нитратов в весенний период - особенность черноземных почв Западной Сибири [5]. За месяц благодаря усилению активности почвенной микрофлоры их

Таблица 3. Запасы нитратного азота в слое 0...30 см чернозема выщело ченного по культурам севооборота, кг/га, 2007-2009 гг.

Культуры, севооборот Дата отбора Изменение за период 10.05 по 5.09. НСР05

10 мая 10 июня 5 сентября

Зернопаровой расход за ротацию - 29 кг/га

Пар ранний 21 37 36 15 3

Пшеница 32 36 16 -16 4

Пшеница 29 35 15 -14 3

Пшеница 27 30 13 -14 3

Зернотравяной расход за ротацию - 22 кг/га

Клевер с донником + однолетние

травы 19 41 21 2 2

Клевер с донником, поукосно ози-

мая рожь 34 24 15 -19 4

Озимая рожь на зеленую массу 22 23 35 13 2

Пшеница 32 28 14 -18 2

Зернотравяной с занятым паром расход за ротацию - 24 кг/га

Однолетние травы поукосно озимая

рожь 22 29 17 -5 2

Озимая рожь на зеленую массу 23 29 21 -2 3

Пшеница 24 31 22 -2 3

Пшеница 30 32 19 -11 4

запасы возросли до 37 кг/га. В конце вегетационного периода азотный режим оставался на прежнем уровне. Отсутствие эффекта накопления, на наш взгляд, обусловлено миграцией нитратов в подпахотные слои под действием осадков, выпадающих в конце лета.

Перемещение нитратов в метровом слое суглинистых и тяжелосуглинистых почв не грозит их потерей, так как под действием восходящих токов воды они легко достигают корнеобитаемой зоны. Перед посевом яровой пшеницы в первый и второй год после раннего пара запасы нитратного азота в пахотном слое составили 29.32 кг/га, а к фазе кущения (10 июня) они возрастали благодаря усилению активности почвенной микрофлоры до 35.36 кг/га. В конце вегетации запасы Ы-ЫО3 в слое

0.30 см уменьшились до 16 кг/га почвы, что обусловлено потреблением азота яровой пшеницей, а также его частичной миграцией в подпахотные слои почвы.

Ситуация в поле с завершающей севооборот яровой пшеницей наиболее ярко показывает роль севооборота и необходимости соблюдения научно-обоснованного чередования культур. Запасы нитратного азота перед посевом в этом случае были наименьшими среди культур зернопарового севооборота - 27 кг/га. Аналогичная

закономерность прослеживается и в более поздние сроки определения, несмотря на внесение удобрений, рассчитанных на получение 4,0 т/га зерна.

Расход азота за ротацию зернопарового севооборота составил 29 кг/га, при этом было внесено 270 кг д.в./га азотных удобрений. Таким образом, ранний пар в условиях лесостепной зоны Зауралья не способен обеспечить последующие культуры нитратным азотом в количестве необходимом для формирования высокой урожайности.

Наличие бобового компонента в двух полях зернотравяного севооборота предполагает стабилизацию азотного режима и положительный баланс этого элемента в целом по севообороту. Наши исследования показали, что запасы азота в нитратной форме перед посевом смеси клевера с донником под покров однолетних трав (1-е поле) составляли 19 кг/га. К 10 июля они возросли до наибольшего среди всех культур и паров изучаемых севооборотов уровня - 41 кг/га. В конце вегетации (5 сентября) запасы нитратов снизились до 21 кг/га, что также как и в предыдущих случаях, вероятно, объясняется частичной их миграцией за пределы пахотного слоя под действием осадков.

Весной следующего года, после отрастания клевера и донника (10 мая), запасы нитратного азота составили 34 кг/га, через месяц они снизились на 29 % и достигли 24 кг/га. Столь выраженное ухудшение азотного режима, на наш взгляд, связано с тем, что бобовые травы активно использовали почвенные запасы азота в первой половине вегетационного перио-

черноземе выщелоченном, кг/га, 2007-2010 гг.

да, вследствие неблагоприятных для симбиотической микрофлоры температурных условий. Уборка проходила в третьей декаде июня, поэтому ожидаемый эффект накопления азота под бобовыми травами отсутствовал. Запасы нитратов в конце вегетационного периода (5 сентября) уменьшились до 15 кг/га. Отсутствие положительного баланса, скорее всего, обусловлено расходом нитратов, высвобождаемых при минерализации остатков бобовой растительности, и посевом озимой ржи, активно потребляющей питательные вещества, как в первой половине вегетации, так и после весеннего отрастания. В итоге к 10 мая в слое 0.30 см запасы Ы-ЫО3 составили 22 кг/га, что на треть меньше, чем под яровой пшеницей, посеянной на второй год после раннего пара. После уборки озимой ржи на зеленую массу (3 декада июня) расход азота прекратился и к 5 сентября его запасы в слое 0.30 см возросли до 35 кг/га, что положительно отразилось на пищевом режиме завершающей севооборот яровой пшеницы. В период ее кущения (10 июня) запасы нитратов уменьшились на 12,5 % и достигли 28 кг/га. В течение вегетации яровой пшеницы было израсходовано 18 кг нитратов. Это наибольшее количество среди культур изучаемых севооборотов. Общий расход азота за ротацию зернотравяного севооборота составил 22 кг/га.

Первое поле зернотравяного с занятым паром севооборота характеризовалось низкой обеспеченностью нитратным азотом в начале вегетационного периода. Запасы в слое 0.30 см не превышали 22 кг/га. Через месяц они возросли до 29 кг/га, однако посев озимой ржи после уборки однолетних трав привел к резкому снижению содержания Ы-ЫО3 до 17 кг/ га в конце вегетации.

После отрастания озимой ржи (5 мая) запасы нитратов в слое 0.30 см восстановились до первоначального уровня - 23 кг/га. Через месяц они увеличились до 29 кг/га, что обусловлено сокращением потребления этого элемента питания. Последующие два поля яровой пшеницы характеризовались низкой обеспеченностью азотом в весенний период - 24 и 30 кг/га. В период кущения она достигала 31.32 кг/га, при этом достоверное увеличение отмечено только в посевах яровой пшеницы, посеянной после озимой ржи. Во втором поле яровой пшеницы изменения были в пределах ошибки опыта. К уборке запасы нитратного азота соответствовали низкой обеспеченности - 19.22 кг/га.

Как показали расчеты, содержание азота текущей нитрификации под яровой пшеницей в изучаемых се-

вооборотах варьировало от 57 до 78 кг/га (см. рисунок) при коэффициенте вариации по годам равном 12 %, что соответствует средней степени.

В зернопаровом севообороте, величина этого показателя под первой пшеницей после раннего пара составила 76 кг/га. Учитывая тот факт, что технология обработки почвы и ухода за посевами, а также система удобрений не отличались, то уменьшение азота текущей нитрификации в третьем поле под этой культурой до 57 кг/га - результат ухудшения почвенных условий, что доказывает неэффективность выращивания яровой пшеницы на черноземе выщелоченном в условиях лесостепной зоны Зауралья более двух лет подряд.

Смесь клевера и донника, посеянная под покров однолетних трав, позволяет увеличить текущую нитрификацию до 102 кг/га, что на 34.79 % выше, чем под яровой пшеницей в зернопаровом севообороте. Последующие культуры зернотравяного севооборота, несмотря на различную биологию растений, не оказали влияния на содержание азота текущей нитрификации, которое варьировало в пределах 64...72 кг/га. Эта особенность, на наш взгляд, обусловлена тем, что бобовые травы во втором поле севооборота хоть и оставляют растительные остатки богатые азотсодержащими соединениями, но озимая рожь успевает потребить высвобождающиеся питательные вещества, что и приводит к занижению величины азота текущей нитрификации. Подтверждается это более высоким ее значением в третьем поле зернотравяного севооборота - 72 кг/га, что на 7,5 % выше предыдущего года. Под яровой пшеницей, завершающей зернотравяной севооборот, содержание азота текущей нитрификации составило 64 кг/га, что находится в среднем диапазоне разброса величин этого показателя.

Зернотравяной с занятым паром севооборот выделяется среди изучаемых севооборотов наименьшей нитрификацией под предшественниками первой группы, которая составила 47 и 42 кг/га соответственно. Столь низкое накопление азота текущей нитрификации указывает на неэффективность гороха, входящего в состав смеси однолетних трав как дополнительного источника азота в условиях лесостепной зоны Зауралья.

Более высоким уровнем накопления азота текущей нитрификации в этом севообороте характеризовались посевы яровой пшеницы - 63.78 кг/га, что на 58 % больше величин первых полей севооборота. Такой факт, скорее всего, объясняется применением под яровую пшеницу азотных удобрений, что стимулирует почвенную микрофлору и увеличивает количество азота текущей нитрификации [6].

Выводы. Зернопаровой севооборот в условиях лесостепной зоны Зауралья неэффективен в стабилизации азотного режима чернозема выщелоченного. Наличие раннего пара позволяет накопить в пахотном слое до 15 кг/га нитратного азота, который расходуется следующей за ним культурой. Расход доступного для растений азота за ротацию составляет 29 кг/га. Возделывание яровой пшеницы более 2 лет подряд негативно влияет на почвенную микрофлору - ни— Достижения науки и техники АПК, №3-2013

трификация под третьей пшеницей снижается до 57 кг/га, что на 25 % меньше значений первой пшеницы севооборота.

Наличие многолетних бобовых трав в зернотравяном севообороте обогащает пахотный слой растительными остатками. Расход почвенных нитратов за ротацию составил 22 кг д.в./га, при минимальном использовании азотных удобрений - 58 кг д.в./га севооборотной площади. В первом и втором поле было накоплено 102 и 67 кг азота текущей нитрификации, который был потреблен культурами севооборота,

что обеспечело эффект стабилизации азотного режима.

Горохо-овсяная смесь и озимая рожь на зеленый корм, входящие в состав зернотравяного с занятым паром севооборота, не оказывают положительного влияния на азотный режим чернозема выщелоченного. За их вегетацию было накоплено 47 и 42 кг азота текущей нитрификации соответственно. Общий расход нитратов в севообороте составил 24 кг/га, при самой высокой в опыте насыщенности азотными удобрениями - 73 кг д.в./га севооборотной площади.

Литература.

1. Кочергин А.Е. Эффективность удобрений на черноземах Западной Сибири //Агрохимическая характеристика почв СССР: Районы Западной Сибири. - М.: Наука, 1968. - С. 316-336.

2. Каретин Л.Н. Черноземные и луговые почвы Тобол-Ишимского меж-дуречья. - Новосибирск: Наука. - 1982. - 293 с.

3. Ермохин Ю.И. Основы прикладной агрохимии: Учеб. Пособие. - Омск: «Вариант-Сибирь», 2004. - 120 с.

4. Ерёмин Д.И. Агрогенные изменения водно-физических свойств черноземов выщелоченных восточной окраины Зауральского Плато//Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - 2010. - № 18. - С. 72-76.

5. Ерёмин Д.И., Абрамова С.В. Биологическая активность и нитратный режим выщелоченных черноземов и луговых почв Тобол-Ишимского междуречья// Вестник Красноярского ГАУ. - 2008. - № 1. - С. 67-72.

6. Абрамов Н.В., Ерёмин Д.И. Азот текущей нитрификации и хозяйственный вынос - как фактор программирования урожайности яровой пшеницы в условиях Северного Зауралья. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2009. -№ 2. - С. 25-29.

INFLUENCE OF CROP ROTATIONS ON DYNAMICS OF NITRATES IN CHERNOZEM LEACHED

A FOREST-STEPPE ZONE OF ZAURALYE

D.I. Eremin, A.N. Moiseev

Summary. Researches were spent for the purpose of studying of regulation of a nitric mode of chernozem leached in a forest-steppe zone of Zauralye at use of various crop rotations. It has been established, that early fallow accumulates N-NO3 which is spent for the next year. Cultivation of spring wheat is negatively reflected more than two years in activity of soil microflora on end - the quantity of nitrogen flowing of nitrification decreases on 25 % concerning values of first wheat of grainfallow a crop rotation where the given indicator reaches 76 kg/ hectares. Application of fertilizers on planned productivity of spring wheat of grain of 4,0 t/hectares demands a high saturation mineral fertilizers of grainfallow a crop rotation - more than 60 kg of nitrogen on hectare. Presence of bean grasses in graingrasses a crop rotation positively influences a nitric mode of chernozem leached, that promotes decrease in a saturation of a crop rotation by nitric fertilizers to 58 kg/hectares in operating substance. Cultures of the given crop rotation strengthen activity of microflora that allows saving up to 102 kg of nitrogen flowing of nitrification. It is established, that replacement in crop rotations of perennial zlakovo-bean grasses vegetation on annual grasses does not render positive influence on a nitric mode of chernozem leached. Nitrogen flowing of nitrification in cultures graingrasses with annual grasses of a crop rotation has made 42-47 kg/hectares that has led to necessity of increase in doses of mineral fertilizers to 73 kg/hectares. Keywords: chernozem leached; early fallow; nitrification; perennial grasses; grainfallow crop rotation; mineral fertilizers.

УДК 631.58:581.193:581.14

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛИМИНАЦИИ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ ИЗ АГРОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ АДАПТИВНОЛАНДШАФТНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

Г.О. ТАКАЛАНДЗЕ, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

И.Э. ИЛЛИ, доктор биологических наук, профессор

А.И. ИЛЛИ, аспирант Иркутская ГСХА E-mail: rector@igsha.ru

Резюме. В Иркутской области вегетационный период значительно короче, чем в сопредельных западных и восточных регионах, поэтому семена у большей части сорных растений не способны прорастать, ни до посева, ни после уборки основной культуры. Отсюда процесс элиминации сорных растений при подготовке почвы становится проблематичным. Выход из такой ситуации - введение в севооборот парового поля, в котором в течение всего периода вегетации можно ис-

пользовать технологические приемы снижения численности дикоросов. Исследования проводили с целью определения влияния влагосберегающей плоскорезной обработки почвы в паровом поле на регуляцию численности сорных растений. Опыт заложен в зернопропашном севообороте с чередованием культур пар - пшеница - кукуруза - пшеница - ячмень. Изучали четыре варианта обработки парового поля: вспашка в июне + перепашка в августе (контроль), вспашка в июне + плоскорезная обработка в августе, плоскорезная обработка в июне + вспашка в августе, плоскорезная обработка в июне и августе. Двукратная вспашка пара достаточно эффективно элиминирует сорные растения из агрценозов, но известно, что она сильно иссушает почву. По сравнению с отвальной обработкой пара, чередование вспашки в июне с влагосберегающим плоскорезным рыхлением в августе приводит к снижению численности семян сорных растений в слое 0...30 см на 12,5 %.

Ключевые слова: сорные растения, агроценоз, адаптивноландшафтное земледелие.