Изменение агрофизических и биологических свойств дерново-подзолистой глееватой почвы под действием агротехнических приемов

Известия ТСХА, выпуск 3, 2008 год

УДК 631.4/.5

ИЗМЕНЕНИЕ АГРОФИЗИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ГЛЕЕВАТОЙ ПОЧВЫ ПОД ДЕЙСТВИЕМ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ

А.Н. ВОРОНИН, к. с.-х. н.; Т.И. ПЕРЕГУДА, асп.;

П.А. КОТЯК, асп; Б.А. СМИРНОВ, д. с.-х. н.

В полевом стационарном 3-факторном опыте кафедры земледелия ФГОУ ВПО ЯГСХА изучено влияние ресурсосберегающих систем обработки, удобрений и гербицидов на биологические свойства дерново-среднеподзолистой глее-ватой среднесуглинистой почвы и ее структурное состояние. Установлено, что наибольший положительный эффект на изучаемые показатели оказывают система поверхностно-отвальной обработки почвы и внесение соломы совместно с полными минеральными удобрениями.

Агрофизические и биологические свойства почвы неразрывно связаны. На это указывают множество авторов [2, 4, 9, 18]. Образование деятельного перегноя и прочной структуры почвы протекает не только при разрушении аэробными бактериями мертвых органических остатков многолетних и однолетних травянистых растений, но и при участии живых растений благодаря жизнедеятельности неспороносных ризосфер-ных бактерий, использующих корневые выделения растений [14]. Согласно мнению [15], большинство изменений почвенной структуры являются прямым следствием изменения содержания органического вещества почвы и сообщества активных почвенных микроорганизмов.

Малогумусные почвы Нечерноземной зоны России отличаются плохими водно-физическими свойствами. Для их улучшения нужно повысить содержание гумуса (оптимум находится в пределах 1,8-2,5%). Обогащение дерново-подзолистой почвы органическим веществом способствует улучшению агрегатного состава почвы, повышению водопрочности макроструктуры. Величина равновесной плотности уменьшается по мере повышения гумуси-рованности почвы.

С содержанием гумуса связана и биологическая активность, которая приобретает особое значение при переходе на экологически чистые методы ведения сельского хозяйства. Ее показатели.— дыхание почвы, ферментативная активность, структура микробиоценоза, скорость разложения целлюлозы дают ценную информацию о конкретных экологических условиях почвенной среды [3]. Целлюлоза — наиболее распространенное углеродное соединение в природе, синтез ее сопряжен с разложением микроорганизмами. С этим процессом связано образование в почве гумусовых веществ и формирование почвенной структуры [1].

В условиях сложной экологической и экономической ситуации в АПК России первостепенное значение приобретают высокоэффективные почвозащитные и ресурсосберегающие технологии минимальной обработки почвы для адаптивно-ландшафтных систем земледелия применительно к разным уровням интенсификации [10]. Это позволит сохранить положительный баланс гумуса, повысить эффективность применяемых удобрений [11]. Эффективность минима-лизации признают и ряд других исследователей. Некоторые ученые видят

преимущество ресурсосбережения в снижении зависимости от погодных условий в результате эффективного вла-госбережения, улучшения структуры почвы, предотвращения деформации и уплотнения подпахотных горизонтов, восполнения плодородия за счет снижения темпов минерализации гумуса [13].

В научном земледелии до сих пор не сложилось единого мнения о влиянии систем обработки почвы, фонов удобрений и гербицидов на структурное состояние почвы и ее агробиологические свойства, что обусловлено различными почвенными условиями. Этот вопрос в основном изучался на почвах нормального увлажнения. На глееватых почвах, формирующихся в условиях временного избыточного увлажнения, которые в Нечерноземной зоне составляют значительную долю от общей площади пашни, исследования не проводили.

В этой связи целью нашей работы было изучение влияния разных по интенсивности систем обработки, доз удобрений и гербицидов на структурное состояние почвы, ее агробиологические свойства и продуктивность полевых культур на дерново-подзолистых глееватых почвах.

Методика

Экспериментальная работа проводилась в 2004-2007 гг. (т.е. на 9-12-й годы действия факторов) в полевом стационарном многолетнем 3-факторном опыте, заложенном на опытном поле ЯГСХА методом расщепленных делянок с рендомизированным размещением вариантов в повторениях. Повтор-ность опыта 4-кратная.

Почва опытного участка дерново-среднеподзолистая глееватая средне-суглинистая на карбонатной морене. В годы исследований в почве пахотного горизонта в среднем содержалось: гумуса — 2,6%, легкодоступного фосфора — 224,7 и обменного калия — 76,5 мг/кг почвы. Схема опыта (4x6x2) приведена ранее [17].

В опыте применяли гербициды: ра-ундап — 8,0 л/га при массовом появлении побегов многолетних сорных растений, за 14 дней до предпосевной обработки почвы под викоовсяную смесь (2004); агритокс — 1,25 л/га весной в фазу кущения озимой тритикале (2006).

Содержание гумуса определяли по методу И.В. Тюрина (вариант ЦИНАО); структуру почвы анализировали по методу Савинова (сухое просеивание), водопрочность почвенной структуры определяли по методу Савинова с использованием прибора Бакшеева. Урожайность всех полевых культур учитывали сплошным поделяночным методом с пересчетом на абсолютную чистую продукцию и стандартную влажность зерна — 14% и сена однолетних трав — 16%.

Во время проведения исследований погодные условия вегетационных периодов были контрастными: 2004 г. характеризовался избыточным количеством осадков, в 2005, 2006 и 2007 гг. выпало меньшее количество атмосферных осадков при повышенной температуре в сравнении со среднемно-голетними данными.

Результаты исследований

Гумусовые вещества существенно изменяют свойства поверхностей минерального почвенного субстрата и влияют на формирование таких экологически и агрономически важных признаков, как агрегатное состояние и водоудерживающие свойства [7]. По мнению [6], гумус вместе с глинистыми минералами, составляющими часть почвенного ила, служит «аналогом нервной системы», т.е. системы управления жизнью почвы. Результаты последних исследований [16] свидетельствуют о том, что почвенный гумус представляет собой органоминеральный гель, находящийся частично в студнеобразном состоянии и армированный органическими и неорганическими коллоидными частицами. Агротехнические

приемы в значительной мере влияют на содержание гумуса.

В наших исследованиях применение систем минимальной обработки в среднем по факторам и в среднем за 20042007 гг. способствовало увеличению содержания гумуса при наибольших достоверных значениях по поверхностно-отвальной обработки почвы (табл. 1). Это связано с улучшением всех почвенных режимов при периодическом обороте по сравнению с ежегодной вспашкой. В результате поверхностно-отвальная система обработки обеспечивает превалирование процесса гумификации над минерализацией.

Использование изучаемых систем удобрений обусловило существенное увеличение содержания гумуса по всем слоям пахотного горизонта при максимальных показателях в вариантах с внесением полных минеральных удобрений как отдельно, так и совместно с соломой.

Применение химических средств защиты растений от сорняков не ока-

Таблица 1

Содержание гумуса (%) в зависимости от действия изучаемых факторов

Вариант Слой, см

0-10 10-20 0-20

Фактор А.

Система основной обработки почвы, «0»

Отвальная, «О1» 2,58 2,52 2,55

Поверхностно-от-

вальная, «Оз» 2,75 2,68 2,72

Поверхностная, «О4» 2,65 2,58 2,62

НСР05 0,08 0,08 0,07

Фактор В. Система удобрений, «У»

Без удобрений, «У1» 2,50 2,46 2,48

N30, «Уг» 2,61 2,53 2,57

Солома, «Уз» 2,59 2,53 2,56

Солома + N30, «У4» 2,60 2,56 2,58

Солома + ЫРК, «У5» 2,87 2,73 2,80

ИРК, «У6» 2,82 2,73 2,77

НСР05 0,05 0,07 0,05

Фактор С. Система защиты растений от сорняков, «Г» Без гербицидов, «П» 2,66 2,59 2,62 С гербицидами, «Г2» 2,67 2,59 2,63 НСРо5 рф<р05 Рф<Ро5 Рф<Ро5

зало какого-либо статистически значимого влияния на содержание гумуса.

Одним из компонентов синтеза гу-миновой кислоты являются продукты разложения клеточных стенок растений целлюлозоразлагающими микроорганизмами. Изучаемые системы обработки неодинаково влияли на целлю-лозоразлагающую способность почвы (табл. 2).

Таблица 2

Целлюлозоразлагающая способность почвы (% разложения льняной ткани) в среднем за 2004-2007 годы

Вариант Слой, см

0-10 10-20 0-20

Фактор А.

Система основной обработки почвы, «О» Отвальная, «О1» 34,48 37,15 35,82 Поверхностно-отвальная, «Оз» 40,82 35,81 38,32 Поверхностная, «04» 39,28 35,84 37,63 НСРоб 5,95 Рф<Р05 Рф<Ро5

Фактор В. Система удобрений, «У» Без удобрений, «У1» 33,57 30,79 32,19 Солома, «Уз» 39,43 35,06 37,24

Солома + ^К, «У5» 36,94 37,34 37,24 ЫРК, «У6» 42,83 41,87 42,36

НСРоб 6,05 7,82 6,38

Фактор С. Система защиты растений от сорняков, «Г» Без гербицидов, «П» 36,86 34,24 35,56 С гербицидами, «Г2» 39,52 38,29 38,95 НСР05 Рф<Ро5 4,02 Рф<Ро5

Так, наименьшие значения вышеназванного показателя в среднем на 9-12-й годы действия факторов наблюдались ' при системе отвальной обработки. При ежегодном обороте отмечалось стрессовое состояние как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов. В результате замедлялся их рост и развитие, что и привело к снижению целлюлозоразлагающей" способности почвы. При ресурсосберегающих системах обработок в верхней части пахотного горизонта отмечалось увеличение активности микроорганизмов, разрушающих клетчатку, по сравнению с ежегодной отвальной, в т.ч. существенное увеличение активности —

при поверхностно-отвальной. Такая тенденция связана с увеличением содержания гумуса в этих же вариантах (см. табл. 1).

Используемые системы удобрений обусловили повышение активности микроорганизмов во всех слоях пахотного горизонта, наибольшие значения данного показателя в вариантах с внесением полных минеральных удобрений.

Применение химических средств защиты растений от сорняков способствовало повышению целлюлозоразлага-ющей способности почвы при достоверном увеличении показателя в нижней части пахотного горизонта. При проведении минимальных обработок отмечалась дифференциация на слои по содержанию гумуса и активности микроорганизмов, разрушающих клетчатку, наибольшими эти показатели были в верхней части пахотного горизонта. Это обусловлено постоянным поступлением в нее свежего органического вещества в виде органических и минеральных остатков, а также листового и в значительной мере корневого опада.

При сельскохозяйственном производстве под действием систем обработки, удобрений и гербицидов изменяются условия формирования гумусовых веществ и продуктов их взаимодействия с минеральными компонентами почвы, что влияет на качественный состав и соотношение продуктов орга-номинерального взаимодействия и как следствие на перераспределение почвенной массы между фракциями [8]. При сухом просеивании были выделены следующие фракции: глыбистая — больше 10 мм; агрономически ценные агрегаты — от 0,25 до 10 мм и меньше 0,25 мм.

Использование изучаемых систем обработки и удобрений в среднем по факторам не обусловило существенных изменений в содержании глыбистых частиц (>10 мм), наименьшие значения этих показателей были при системе поверхностно-отвальной обработки в слое 0-10 см (табл. 3).

Таблица 3 Изменение содержания глыбистых

частиц (>10 мм) в зависимости от действия разных факторов, %

Вариант

Слой, см

0-10 10-20 0-20

Фактор А.

Система основной обработки почвы, «О» Отвальная, «О1» 21,71 22,45 22,08 Поверхностно-отвальная, «Оз» 21,25 22,68 21,96 Поверхностная, «04» 21,64 22,11 21,87 НСРоб Рф<Ро5 Рф<р05 Рф<Ро5

Фактор В. Система удобрений, «У»

Без удобрений, «У1» 21,78 22,62 22,20

N30, «Уг» 21,95 23,51 22,73

Солома, «Уз» 20,26 20,84 20,55

Солома + Ызо, «У4» 21,46 22,56 22,00

Солома + ЫРК, «У5» 21,74 21,49 21,62

ЫРК, «У6» 21,90 23,21 22,56

НСРоб 1,39 Рф<Р05 1,43

Фактор С. Система защиты растений от сорняков, «Г»

Без гербицидов, «П» 21,48 22,48 21,98

С гербицидами, «Г2» 21,55 22,26 21,90

НСРоб Рф<Ро5 Рф*^Ро5 Рф<Ро5

Применение одной соломы в среднем при всех системах обработки и удобрений способствовало достоверному снижению количества глыб в слое 0-10 см и в целом по пахотному горизонту, что привело к увеличению содержания агрономически ценных агрегатов по этому фону (табл. 4).

В 2005 г. проявились та же тенденция. В 2003 г. солому вносили после уборки озимой ржи. В 2005 г. при внесении соломы отмечены максимальные показатели, целлюлозоразрушающей способности почвы в целом по пахотному горизонту. Микроорганизмы при разложении соломы вынуждены были забирать азот для своего развития из гумусных соединений, что и могло привести к разрушению глыбистых частиц.

Изучаемые системы обработки почвы в среднем по факторам не оказали существенного влияния на содержание агрономически ценных агрегатов, наибольшие значения отмечены при по-

Таблица 4

Роль разных систем обработки, удобрений и гербицидов в изменении содержания агрономически ценных агрегатов, %

Вариант

Слой, см

0-10 10-20 0-20

Фактор А.

Система основной обработки почвы, «О» Отвальная, «О1» 74,21 73,86 74,03 Поверхностно-отвальная, «Оз» 74,97 73,79 74,38 Поверхностная, «04» 74,27 73,99 74,13 НСРоб Рф<Ро5 рф<р05 рф<р05

Фактор В. Система удобрений, «У» Без удобрений, «У1» 73,62 73,46 73,54 N30, «Уг» 73,91 73,00 73,45

Солома, «Уз» 75,76 75,32 75,54

Солома + N30, «У4» 74,61 74,14 74,38 Солома + ЫРК, «У5» 74,55 74,73 74,64 ^К, «У6» 74,29 72,94 73,61

НСР05 1,46 Рф<Р05 1,47

Фактор С. Система защиты растений от сорняков, «Г» Без гербицидов, «П» 74,48 73,70 74,09 С гербицидами, «Г2» 74,44 74,16 74,30 НСР05 Рф<Ро5 Рф<Ро5 Рф<Ро5

верхностно-отвальной системе в слое О-10 см и в целом по пахотному горизонту (см. табл. 4). Использование удобрений способствовало увеличению количества частиц размером от 0,25 до 10 мм при достоверных величинах в вариантах с соломой в слое 0-10 см и в целом в пахотном горизонте (как отмечалось ранее). Применение гербицидов в среднем за 2004-2007 гг. не вызвало значимых изменений в содержании агрономически ценных агрегатов.

Содержание агрегатов <0,25 мм представляет собой важнейший агрономический показатель в силу способности этой фракции объединяться в агрономически ценные комочки посредством гумусовых веществ. Поэтому необходимо выявить влияние разных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов на содержание этой фракции (табл. 5).

Существенное увеличение содержания частиц размером <0,25 мм при

Таблица 5

Изменение содержания частиц <0,25 мм в зависимости от действия разных факторов, %

Вариант Слой, см

0-10 10-20 0-20

Фактор А.

Система основной обработки почвы, «0»

Отвальная, «О1» 4,09 3,69 3,89

Поверхностно-от-

вальная, «Оз» 3,79 3,53 3,66

Поверхностная, «04» 4,09 3,90 4,00

НСР05 Рф<Ро5 0,18 Рф^Роб

Фактор В. Система удобрений, «У»

Без удобрений, «У1» 4,60 3,92 4,26

N30, «Уг» 4,14 3,49 3,82

Солома, «Уз» 3,98 3,84 3,91

Солома + N30, «У4» 3,93 3,30 3,62

Солома + ЫРК, «У5» 3,71 3,79 3,74

ЫРК, «У6» 3,82 3,85 3,83

НСРоб 0,66 0,49 0,49

Фактор С. Система защиты растений

от сорняков, «Г»

Без гербицидов, «П» 4,04 3,81 3,93

С гербицидами, «Гг» 4,01 3,58 3,80

НСРоб Рф<Р|35 Рф**Ро5 Рф<Ро5

ежегодной поверхностной обработке в слое 10-20 см обусловлено сильным распылением верхнего слоя почвы и миграцией ее в нижнюю часть пахотного горизонта, что может приводить к его переуплотнению. При поверхностно-отвальной системе обработки почвы с применением периодической вспашки 1 раз в 4 года удается достигать перемещения фракции <0,25 мм в верхнюю часть пахотного горизонта для оструктуривания. В результате действия данных факторов при этой системе в среднем на 9-12-й годы отмечены наименьшие значения вышеназванного показателя в обоих слоях пахотного горизонта.

Применение всех удобрений в среднем по системам обработки и гербицидов способствовало снижению количества частиц <0,25 мм при достоверных значениях в слое 0-10 см на фонах У4, У5 и Ув, в слое 10-20 см — при внесении соломы совместно с азотными удобрениями, а в целом по пахот-

систем минимальной обработки способствовало существенному снижению урожая сена однолетних трав в сравнении с системой отвальной обработки.

Использование удобрений обусловило статистически значимое увеличение урожайности сена однолетних трав в 2004 и ячменя — в 2005 гг. В 2006 г. наблюдалась сходная тенденция, за исключением некоторого снижения урожая озимой тритикале при применении соломы в чистом виде. Внесение полных минеральных удобрений как отдельно, так и совместно с соломой вызвало наибольшее достоверное увеличение урожайности однолетних трав в 2007 г. на 0,67 и 0,79 т/га соответственно.

Применение гербицидов способствовало увеличению урожайности при существенных значениях в 2004, 2005 и 2006 гг.

Заключение

На дерново-среднеподзолистой глеева-той почве наибольший положительный эффект на биологические свойства и ее структурное состояние оказывают применение системы поверхностно-отвальной обработки и совместное использование соломы с полными минеральными удобрениями. В этом случае наблюдается увеличение содержания гумуса и целлюлозораз-лагающей способности почвы, улучшение структурного состояния и повышение урожайности полевых культур.

Библиографический список

1. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зено-ва Г.М. Биология почв: Учебник. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 2005. — 2. Шеин Е.В. Курс физики почв: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2005. — 3. Гелъцер Ю.Г. Показатели биологической активности в почвенных исследованиях // Почвоведение,

1990. №9. С. 47-52. — 4. Жуков AM.., Сорокина JI.B., Мосалева В.В. Гумус и урожайность зерновых культур на дерново-подзолистой супесчаной почве // Почвоведение, 1993. №1. С. 55-61. — 5. Канив-ец И.И. О «зонах» взаимодействия корневых систем и микроорганизмов в почве в связи с процессом структурообразова-ния // Сб. памяти акад. В.Р. Вильямса. М., 1942. — 6. Карпачевский Л.О. Жизнь почвы. М.: Знание, 1989. — 7, Князев Д.А., Фокин А.Д., Князев В.Д. Роль гумусовых веществ в формировании ионопрово-дящих структур почвы // Почвоведение, 2002. №2. С. 150-157. — 8. Куваева Ю.В., Фрид A.C. Динамика органического вещества тонкодисперсных частиц дерново-подзолистых почв в длительных опытах // Почвоведение, 2001. №1. С. 52-61. — 9. Лыков A.M. Гумус и плодородие почвы. М.: Моск. рабочий. 1985. — 10. Макаров И.П., Захаренко A.B. Основные итоги и задачи исследований по обработке почвы // Достижения науки и техники АПК, 2004. №5. С. 2-3. — 11. Мелъцаев И.Г. Плодородие почвы — основа повышения урожайности и его качества // Плодородие, 2003. №4. — 12. Милановский Е.Ю., Шеин Е.В. Структура почв // Природа, 2003. №3. — 13. Носов Г.И., Крюков И.В. Современные ресурсосберегающие технологии — важный фактор устойчивого роста АПК // Земледелие, 2005. №3. С. 14-17. — 14. По пазов Д.И. Необходимость сочетания глубокой, обычной и поверхностной обработки // Изв. ТСХА, 1958. Вып.4. С. 77-88. — 15. Сдобников С.С. Окультуривание и воспроизводство плодородия почв Нечерноземья // Вестник РАСХН, 1992; №4. С. 14-17. — 16. Федотов Г.Н., Добровольский Г.В., Пут-ляев В.И. и др. Гелевые структуры в почвах // Почвоведение. 2006. №7. С. 824835. — 17. Щукин С.В., Воронин А.Н., Тру-фанов А.М.,Смирнов Б. А. Изменение структурного состояния почвы под действием различных по интенсивности систем обработки, удобрений и гербицидов // Изв. ТСХА, 2007. Вып.2. С. 12-18. — 18. Douglas J. Ц Soil tillage Res, 1982. 2. 155-175.

Рецензент — д. с.-х. н. Г.И. Баздырев

SUMMARY

During field permanent three-factor experiment of agriculture department in Yakut State Agricultural Academy the influence of resource-saving systems of tillage, fertilizers and herbicides on biological properties of sod-middle podzolic gleyey loamy soil and its structural condition has been studied. The system of shallow-moulded tillage and application of both straw and complete mineral fertilizers has been found to produce the most positive effect on indices studied.