Биологизированные севообороты и плодородие каштановых почв Нижнего Поволжья

Известия ТСХА, выпуск 2, 2008 год

УДК 631.445.51:631.452:631.582

БИОЛОГИЗИРОВАННЫЕ СЕВООБОРОТЫ И ПЛОДОРОДИЕ КАШТАНОВЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

А.И. БЕЛЕНКОВ, д. с.-х. н.; А.В. ЗЕЛЕНЕВ, к. с.-х. н.

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

В результате антропогенного воздействия нарастает деградация почв, ухудшается экологическая ситуация в сельском хозяйстве. Больше половины земель области (56% площади сельскохозяйственных угодий, или 4,9 млн га, из которых 3,4 млн га пашни) эродированы. Значительная часть каштановых почв имеет низкое содержание гумуса, близкое к критическому. В связи с этим возникает необходимость перевода растениеводства области на агроландшафтную систему земледелия, в котором функции севооборотов состоят в том, чтобы составом, чередованием и размещением культур управлять режимами использования, превращения и распределения антропогенных потоков вещества и энергии.

Основной путь экологизации земледелия — достижение наиболее высокой продуктивности агроэкосистем за счет усиления роли биологических факторов в системах земледелия. Важным элементом оптимизации севооборотов является введение в них многолетних трав, сидератов, зернобобовых и промежуточных культур.

Методика

Исследования проводили в ОПХ «Камышинское» Нижне-Волжского

НИИСХ. Почва опытного участка каштановая тяжелосуглинистая с содержа-

нием гумуса 1,77-2,0%. Количество среднегодовых осадков составляет 325 мм. Погодные условия в годы исследований были различные: 1997, 2002, 2003, 2004 — влажные, 2000, 2001 — средние, 1995, 1996, 1998, 1999, 2005 — острозасушливые.

Анализ метеоусловий показывает, что изучаемые приемы повышения плодородия почв в севооборотах прошли проверку в различных погодных условиях.

Изучали следующие севообороты:

1 — пар черный — озимая рожь — яровая пшеница — ячмень (контроль), где под паром 25,0% и под зерновыми культурами 75,0% севооборотной площади;

2 — пар черный — озимая рожь — горох —1 яровая пшеница — ячмень, где под паром 20,0%, под зерновыми 60,0% и под зернобобовыми 20,0% пашни;

3 — пар черный — озимая рожь — горох — кукуруза на зерно — ячмень + донник — донник (сидерат), где под паром 16,6%, зерновыми 50,2%, зернобобовыми 16,6% и травами 16,6% севооборотной площади;

4 — пар черный — озимая рожь — горох — яровая пшеница — кукуруза на зерно — ячмень + эспарцет — эспарцет 1-го года — эспарцет 2-го года, где под паром 12,5%, под зерновыми

50,0%, зернобобовыми 12,5% и под травами 25,0% пашни;

5 — пар черный — озимая рожь — ячмень + эспарцет — эспарцет 1-го года — эспарцет 2-го года — яровая пшеница — горох — кукуруза на зерно, где под паром 12,5%, под зерновыми 50,0%, под зернобобовыми 12,5% и под травами 25,0% севооборотной площади;

6 — пар черный (унавоженный) — озимая рожь — просо — ячмень, где под паром 25,0% и под зерновыми культурами 75,0% пашни;

7 — пар черный — озимая рожь — просо — ячмень, где под паром 25,0% и под зерновыми 75,0% пашни;

8 — пар черный — озимая рожь — ячмень + донник — донник (сидерат) — яровая пшеница — кукуруза на зерно, где под паром 16,6%, зерновыми 66,8% и травами 16,6% севооборотной площади;

9 — пар черный — озимая рожь — просо — ячмень + донник — донник (сидерат); где под паром 20,0%, зерновыми 60,0% и травами 20,0% пашни;

10 — бессменный посев кукурузы на зерно, где под зерновыми 100% пашни.

В изучаемых севооборотах применяли общепринятую агротехнику возделывания полевых культур.

Результаты исследований

Проведенные экспериментальные исследования показывают, что дополнительное внесение органических и сидеральных удобрений, послеуборочных остатков положительно влияет на нитрификационную способность почвы (табл. 1). Так, в среднем за годы исследований наивысшая энергия нитрификации наблюдалась по доннику на сидерат как в прямом действии под озимой рожью (варианты 9 и 3), так и в последействии под ячменем (вариант 9). Несколько ниже она была в вариантах с запашкой навоза под черный пар (вариант 6) и донника под яровую пшеницу (вариант 8), а также после распашки пласта эспарцета (вариант 4). Снижение энергии нитрифи-

Т а б л и ц а 1

Нитрификационная способность почвы в фазы колошения и выметывания под культурами севооборотов, мг/кг почвы

№ севооборота

Культура

Предшественник Энергия нитрификации

Пар черный 32,0

Пар черный (донник) 56,6

Пар черный (эспарцет) 47,2

Пар черный (навоз 40 т/га) 50,4

Пар черный (донник) 61,9

Озимая рожь 29,5

Горох 33,8

Эспарцет 2-го года 37,2

Донник (сидерат) 44,4

Яровая пшеница 26,8

Кукуруза 37,3

Кукуруза 31,5

Просо (последействие навоза) 44,7

Просо (последействие донника) 45,6

Озимая рожь 27,2

Озимая рожь (последействие навоза) 36,7

Озимая рожь (последействие донника) 33,2

Горох 50,9

Яровая пшеница 34,6

Кукуруза (бессменный посев) 27,5

1

3

4 6 9 1 2

5 8 1

3

4

6 9 7 6

9

3

4

10

Озимая рожь

Яровая пшеница

Ячмень

Просо

Кукуруза

кации отмечается под ячменем по яровой пшенице (вариант 1), просом по озимой ржи (вариант 7) и кукурузой при длительном ее возделывании на одном месте (вариант 10).

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. С его повышением увеличивается биологическая активность почвы. При запашке соломы озимой ржи на начальных этапах разложения биологическая активность почвы снижается на 2,7%. В течение периода вегетации микробиологический режим почвы стабилизируется, что

подтверждается прибавкой урожайности сорго по фону запашки ржаной соломы на 0,19 т/га [1].

Запашка органической массы сиде-ратов способствует повышению биологической активности почвы на 7,18,6%, а по пласту многолетних трав в сравнении с предшественником — озимой рожью (с запашкой соломы) биологическая активность почвы повышается на 2,6% [6].

Проведенные нами наблюдения показывают существенное увеличение микробиологической активности почвы в посевах с применением различных приемов улучшения плодородия почв (табл. 2). Данные о выделении 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), а также по черному пару после эспарцета (вариант 4).

Таблица2

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

№ севооборота Культура

Предшественник Выделилось СОг

Пар черный 34,7

Пар черный (донник) 43,9

Пар черный (эспарцет) 42,4

Пар черный (навоз 40 т/га) 46,9

Пар черный (донник) 42,1

Озимая рожь 33,9

Горох 42,8

Эспарцет 2-го года 44,7

Донник (сидерат) 46,6

Яровая пшеница 31,2

Кукуруза 48,3

Кукуруза 45,1

Просо 55,0

Просо 53,5

Озимая рожь 29,3

Озимая рожь (последействие навоза) 43,0

Озимая рожь (последействие донника) 44,9

Горох 39,3

Яровая пшеница 35,5

Кукуруза (бессменный посев) 31,8

1

3

4 6 9

1 2

5 8

1

3

4

6

9

7 6 '9

3

4

10

Озимая рожь

Яровая пшеница

Ячмень

Просо Кукуруза

Под яровыми культурами по последействию навоза, сидерата, пласта трав также отмечается увеличение данного показателя. Введение в севообороты зернобобовой культуры гороха также положительно влияет на биологическую активность, в частности, под яровой пшеницей и кукурузой. Пониженное выделение С02 из почвы отмечается у проса по озимой ржи, ячменя по яровой пшенице и при бессменном посеве кукурузы на зерно (см. табл. 2).

Усиливается роль севооборота в аг-роландшафтных системах земледелия и как фактора регулирования органического вещества почвы. Особенно на полях с люцерной, эспарцетом, донником, 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 применени-

ем 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 содержание гумуса в большинстве случаев снижается.

Из табл. 3 видно, что во всех вариантах показатели возврата органической массы превышают контроль, кроме варианта 2. Наибольшее количество растительных остатков возвращается в 4-польном севообороте с внесением на 1 га 40 т навоза и при бессменном посеве кукурузы на зерно соответственно 3,82 и 3,59 т, что выше контроля на 1,72 и 1,49 т/га. В вариантах 3 и 8 с донником на сидерат под черный пар и яровую пшеницу с 16,6% пара и трав этот показатель выше контроля соответственно на 0,85 и 0,86 т/га. Наименьшее количество растительных остатков возвращается в варианте 2-1,94 т/га, это ниже контроля на 0,16 т/га.

ТаблицаЗ

Круговорот органического вещества в слое почвы 0-0,3 м по севооборотам, т/га

№ сево- Структура пашни, % Образо- Отчуж- Возвра-

оборота черный пар зерновые зернобобовые травы валось дено щено

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10

25,0 20,0 16,6 12,5

12.5 25,0 25,0

16.6 20,0

75,0 60,0 50,2 50,0 50,0 75,0 75,0 66,8 60,0 100,0'

20,0 —

16,6 16,6

12,5 25,0

12,5 25,0

— 16,6

— 20,0

3,92 3,90 4,63 4,48 4,37 4,86 4,13 4,65 4,32 5,07

1,82 1,96 1,68 2,07 1,99 2,38 1,88 1,69 1,64 1,48

2,10

1.94

2.95 2,41 2,38 3,82 2,25

2.96 2,68 3,59

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, лис-тостебельной массы кукурузы и соломы озимой ржи [7].

Чем больше теряется из круговорота органики, тем интенсивнее идет снижение почвенного плодородия. В табл. 4 приведены данные о балансе

Баланс гумуса

гумуса в севооборотах с различными структурой посевных площадей и приемами биологизации.

Анализ баланса гумуса за ротацию севооборотов показывает, что в варианте, где под вспашку черного пара вносится норма навоза 40 т/га, наблюдается увеличение содержания общих запасов гумуса на 0,03 и 0,04%, или 0,262 и 0,385 т/га в год.

В вариантах с внесением сидераль-ной массы донника под черный пар бездефицитный баланс гумуса не достигнут. Здесь наблюдается снижение содержания гумуса по сравнению с контролем, хотя и в меньшей степени, чем

Таблица 4

в севооборотах

в 5- и 6-польном севооборотах. Так, в варианте 9 с донником на сидерат в 5-польном севообороте уменьшение гумуса составляет 0,31 т/га за ротацию или 0,062 т/га в год, в 6-польном (вариант 3) соответственно 0,21 или 0,035 т/га в год.

Как видно, в варианте с сидерацией снижается содержание гумуса по сравнению с контролем соответственно на 0,02 за ротацию и 0,047 т/га в год. Потери гумуса в год в результате применения донника на сидерат под яровую пшеницу (вариант 8) в 6-польном севообороте составляют 0,045 т/га. Наибольшее снижение содержания гумуса наблюдается при бессменном посеве кукурузы — 0,66 т/га в год.

Как показывают многолетние исследования научных учреждений, в су-хостепной и полупустынной зонах этого региона в среднем наибольший выход зерна с единицы севооборотной площади достигается в 4-польных зер-нопаровых 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 влияни-

ем одностороннего антропогенного воздействия.

Исследования, проведенные в засушливой зоне Северного Прикаспия показывают, что наиболее высокая продуктивность — 1,09-1,07 т корм. ед./га отмечена в 4-польном севообороте с выводными полями многолетних трав (пар черный — 25%, зерновые — 50%, многолетние травы — 25%), наименьшая продуктивность — в 5-польных севооборотах с донником на сидерат и 7-польном севообороте с многолетними травами — 0,72-0,73 т корм, ед/га [1,6].

Для оценки севооборотов проводили расчеты выхода зерна и кормовых единиц с 1 га пашни за минусом семян на посев (табл. 5). Из приведенных данных видно, что при использовании в севооборотах многолетних трав (эспарцет) снижается выход зерна по сравнению с контролем на 0,07—0,10 т/'га. Значительно выше контрольного варианта выход зерна с 1 га севооборотной площади только в 4-польном севообороте с внесением навоза и при бессменном посеве кукурузы — на 0,45 т/га.

В вариантах с донником этот показатель был незначительно (на 0,02— 0,11 т/га) выше, чем на контроле.

По всем севооборотам выход кормовых единиц с 1 га пашни превышал контроль, кроме варианта 9 с донни-

Таблица 5

Выход зерна и кормовых единиц в севооборотах, т/га

№ сево- Структура пашни, % Выход

оборота черный пар зерновые зернобобовые травы зерно корм. ед.

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10

25,0 20,0 16,6 12,5

12.5 25,0 25,0

16.6 20,0

75,0 60,0 50,2 50,0 50,0 75,0 75,0 60,8 60,0 ,100,0

20,0 16,6 12,5 12,5

16,6 25,0 25,0

16,6 20,0

НСР, т/га

1,01 1,00 1,12 0,94 0,91 1,46 1,16 1,09 1,03 1,46 0,17

1,46 1,52

1.56 1,62

1.57 1,97

1.58 1,51 1,37 1,95 0,05

ком на сидерат, где он был меньше на 0,09 т/га. В вариантах 3 и 8 с донником на сидерат этот показатель был выше, чем в контроле на 0,10 и 0,05 т/га, эспарцетом (варианты 4 и 5) — на 0,16 и 0,11 т/га, навозом — на 0,51 т/га.

Заключение

Таким образом, применение на каштановых почвах Нижнего Поволжья био-логизированных севооборотов с донником на сидерат и многолетними травами при запашке соломы озимой ржи и лис-тостебельной массы кукурузы наблюдается повышение нитрификационной способности и биологической активности почвы, увеличение возврата органической массы в почву, снижение потерь гумуса и стабилизация выхода кормовых единиц с 1 га севооборотной площади.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беленков А.И. Полевые севообороты, основная обработка почвы и приемы регулирования плодородия почв в чер-ноземностепной, сухостепной и полупу-

стынной зонах Нижнего Поволжья. Монография / А.И. Беленков, А.Н. Сухов, К.А. Имангалиев. Волгоград: ФГОУ ВПО ВГСХА, 2007. — 2. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия / В.И. Ки-рюшин. М.: Колос, 1996. — 3. Листопадов И. Н. Агрономическое значение современного севооборота / / Научно-агрономический журнал, 2005. №2. С. 2834. — 4. Лопырев М.И. Агроландшафты и земледелие / М.И. Лопырев, А.С. Макаренко. Воронеж: Изд-во ВГАУ, 2001. — 5. Смутнее П.А. Севооборот в земледелии Нижнего Поволжья / П.А. Смут-нев, 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. Зволин-ский, А.В. Гулин, А.И. Беленков // Проблемы рационального природопользования аридных зон Евразии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000. С. 77-81. — 7. Сухов А.Н. Полевые севообороты в сухо-степной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья / А.Н. Сухов, А.И. Бе-ленков, А.Ф. Карякин, В.П. Волынсков, П.А. Смутнее // Сб. науч. тр. Волгоград: ВГСХА, 2005. С. 82-91.

Рецензент — д. б. н. В.В. Кидин

SUMMARY

The use of biologizational methods on chestnut soils results in 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 crop rotation in Lower Povolzhje.