Влияние основной обработки темно-серой лесной почвы в Северном Зауралье на содержание нитратного азота

_Агрономия

УДК 631.51.003.13.

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ТЕМНО-СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ В СЕВЕРНОМ ЗАУРАЛЬЕ НА СОДЕРЖАНИЕ НИТРАТНОГО АЗОТА

Н. В. ПЕРФИЛЬЕВ,

кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий отделом,

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья Россельхозакадемии

Ключевые слова: влияние, основная обработка, темно-серая лесная почва, Северное Зауралье, нитратный азот. Проанализировано влияние длительного применения различных систем основной обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур в полевом севообороте: чистый пар — озимая рожь — пшеница — зернобобовые — ячмень на содержание нитратного азота в слое почвы 0-40 см. Азотный режим почв, вовлеченных в сельскохозяйственное использование, определяется не только запасами органического вещества, которое является основным источником азота, но также и интенсивностью его мобилизации. Обработка почвы путем создания благоприятных условий для жизнедеятельности полезных микроорганизмов, осуществляющих перевод элементов питания в доступную форму, может оказывать особое значение в мобилизации почвенного плодородия. Установлено, что на фоне низкой обеспеченности нитратным азотом пахотного слоя почвы энергосберегающие комбинированная, дифференцированная системы обработки способствуют дополнительному накоплению нитратного азота в паровом поле к периоду посева озимой ржи и возобновления ее вегетации до 52 % в сравнении с отвальной системой обработки. Применение безотвальных и преимущественно мелких обработок после зерновых предшественников приводит к снижению содержания нитратного азота в пахотном слое к посеву на 16,2-33,7 %, к устойчивому снижению его содержания на 13,7-33,5 % в слое почвы 10-40 см, что является обоснованием необходимости внесения азотных удобрений под зерновые культуры при использовании ресурсосберегающих систем обработки почвы, а также проведения периодической вспашки, которая приводит к более интенсивному накоплению нитратов в посевах зерновых в слое 10-20 см.

EFFECT OF BASIC CULTIVATION OF DARK GRAY FOREST SOIL IN NORTHERN TRANS-URAL REGION ON THE CONTENT OF NITRATE NITROGEN

N. V. PERFILYEV,

candidate of agricultural sciences, head of department,

Agricultural Research Institute of Northern Urals of the Russian Academy of Agricultural Sciences

Keywords: influence, primary treatment, dark gray forest soil, North Urals, nitrate nitrogen.

Analyzed the impact of the prolonged use of the various systems of the main-tillage in the cultivation of crops in crop rotation: fallow — winter rye — wheat — legumes — barley content of nitrate nitrogen in the soil layer 0-40 cm nitrogen regime of soils involved in agricultural use determined not only of organic matter, which is the main source of nitrogen, but also the intensity of its mobilization. Tillage by creating favorable conditions for the beneficial microorganisms performing translation batteries in accessible form may have special significance in the mobilization of soil fertility. Found that on the background of low supply of nitrate nitrogen topsoil saving combined differentiated treatment systems contribute additional accumulation of nitrate nitrogen in the fallow field to the period of sowing winter rye and resuming of vegetation up to 52 % compared to the moldboard processing system. Application including subsurface and after treatments mostly small grain precursors leads to a decrease in the content of nitrate nitrogen in the topsoil for sowing in 16.2-33.7 %, a steady decline of its content on 13.733.5 % in the soil layer 10-40 cm, which is the rationale for nitrogen fertilizer for grain crops using resource-tillage systems, as well as the periodic plowing, which leads to more intense accumulation of nitrates in the grain crops in the layer of 10-20 cm.

Положительная рецензия представлена Л. Н. Скипиным, доктором сельскохозяйственных наук, профессором Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Аграрный вестник Урала № 7 (125), 2014 г. - <

_Агрономия

Азотный режим почв, вовлеченных в сельскохозяйственное использование, определяется не только запасами органического вещества, которое является основным источником азота, но также и интенсивностью его мобилизации. Обработка почвы путем создания благоприятных условий для жизнедеятельности полезных микроорганизмов, осуществляющих перевод элементов питания в доступную форму, может оказывать важное значение в мобилизации почвенного плодородия. Поэтому содержание подвижных питательных веществ в почве является одним из основных показателей, по которому оценивают эффективность обработки почвы.

Влияние систем обработки почвы в накоплении доступного для растений азота в современных исследованиях оценивается неоднозначно. По данным сибирских авторов [1-8] и других исследователей безотвальные и мелкие обработки при минимализации ухудшали условия по накоплению нитратного азота. Причиной тому служит снижение мобилизационных процессов в нижней прослойке почвы и менее интенсивное прогревание более плотной и увлажненной почвы прикрытой сверху стерней.

В исследованиях И. Н. Шаркова [9] в лесостепи Западной Сибири отмечается, что на фоне «нулевой» обработки процесс минерализации азота был несколько заторможен в первой половине вегетации, в конце июля накопление нитратного азота выравнивалось с отвальным фоном обработки и в целом за вегетационный период количество минерализованного почвенного азота оказывалось практически одинаковым по обоим фонам обработки.

В большинстве работ указывается на тенденцию к дифференциации пахотного слоя почвы при безотвальной обработке — обеднение нитратным азотом нижних слоев почвы и локализации в верхних. В условиях Северного Зауралья на серых лесных почвах, как правило, отмечается дефицит в обеспечении доступным азотом.

Цель и методика исследований.

Цель данного исследования — определить особенности влияния длительного применения различных систем и приемов основной обработки почвы и применяемых при этом орудий на содержание нитратного азота в темно-серой лесной почве Северного Зауралья.

Исследования проведены на опытном поле Научно-исследовательского института сельского хозяйства Северного Зауралья в 1988-2012 гг. в зернопаро-вом севообороте: чистый пар — озимая рожь — пшеница — зернобобовые — ячмень. Почва темно-серая лесная тяжелосуглинистая с признаками заплыва-ния. Глубина гумусного слоя 25-27 см, содержание гумуса 4,2-5,0 %, рН солевой вытяжки 6,0-6,4, сумма поглощенных оснований 29,4 мг экв., степень насыщенности основаниями 85 %.

Изучены следующие системы основной обработки почвы:

— отвальная — ежегодно под все культуры севооборота вспашка плугом ПН-4-35 на 20-22 см;

— безотвальная — ежегодно обработка плугом со стойками СибИМЭ на 20-22 см;

— комбинированная — чередование через год обработки плугом ПН-4-35 и плугом со стойками Си-бИМЭ на 20-22 см;

— дифференцированная — в 2 первых полях проведена мелкая обработка КПЭ-3,8 на 12-14 см, в 4-м и 5-м поле БДТ-2,5 на 10-12 см и одна глубокая вспашка на 20-22 см под пшеницу;

— комбинированно-минимальная — чередование вспашки ПН-4-35 на 20-22 см и дискование БДТ-2,5 на 10-12 см, чередование рыхления стойками СибИМЭ на 20-22 см и дискования БДТ-2,5 на 10-12 см, чередование вспашки ПН-4-35 на 20-22 см и рыхления КПЭ-3,8 на 12-14 см;

— ежегодная обработка КПЭ-3,8 на 12-14 см;

— ежегодная обработка БДТ-2,5 на 10-12 см.

Весной на всех фонах основной обработки проводили закрытие влаги боронами БЗСС-1,0. врезание удобрений из расчета Р 80 К60 на 1 га севооборотной площади, общепринятую предпосевную обработку культиватором КПС-4,0 и посев сеялкой СЗП-3,6.

Содержание нитратного азота определяли по Грандваль-Ляжу.

Результаты исследований.

Данные исследований показали, что обеспеченность почвы опытного участка подвижным азотом по шкале обеспеченности [10] была в основном низкой.

На содержание нитратного азота в почве оказывали влияние погодные условия. Близкая к средней была обеспеченность почвы N-N03 лишь в период перед посевом (до внесения минеральных удобрений) в те годы, которым предшествовали годы с засушливыми условиями, где был получен низкий урожай культур, и питательные вещества не были израсходованы. Кроме того, уборка проведена в ранние сроки, выпавшие осадки и температурный режим способствовали нитрификации.

Влияние обработки почвы на содержание N-N03 перед посевом яровых культур не было однозначным по годам исследований и по культурам севооборота. Так, в годы исследований поверхностные обработки БДТ-2,5 на 8-10 см в дифференцированной системе обработки после уборки ячменя, предшествующего пару не оказывали существенного влияния на содержание нитратов к весне в паровом поле (табл. 1).

В результате нитрификационных процессов в летний период происходило накопление азота в пахотном слое почвы.

К посеву озимой ржи нитратного азота увеличилось в слое 0-20 см в сравнении с весенним сроком на 4,41-9,68 мг/кг почвы. Более благоприятные условия для накопления и сохранения нитратного азота были при дифференцированной системе обработки почвы с использованием для поверхностной обработки в паровом поле КПЭ-3,8.

К периоду возобновления ее вегетации в среднем за 1989-1993 гг. увеличение содержания N-N03 по сравнению с вариантом черного пара с летней перепашкой ПН-4-35 в слое 0-20 см по дифференцированной обработке было 6,13 мг/кг почвы или на 52,5 % (табл. 1, рис. 1). Однако использование системы обработки почвы без оборота пласта после зерновых предшественников приводило к снижению содержания N-N03 в пахотном слое.

Так, по отвальной зяби в среднем за 1988-1993 гг. перед посевом пшеницы содержание нитратного азота в слое 0-20 см составляло 11,39 мг/кг почвы, что соответствовало по шкале обеспеченности [10]сред-ней обеспеченности почвы нитратным азотом. При

_Агрономия

Таблица 1

Содержание N-N0^ мг/кг почвы в зависимости от системы основной обработки почвы

Система основной обработки почвы Содержание N-N0, в мг/кг почвы по слоям почвы

Перед посевом яровых После уборки

0-10 10-20 0-20 0-10 10-20 0-20

Пар

Отвальная 14,48 11,47 12,98 20,98 20,29 20,64

Комбинированная 13,08 13,79 13,44 16,82 16,82 17,85

Дифференцированная 12,53 11,23 11,88 19,28 19,28 21,39

Озимая рожь

Отвальная 11,58 11,77 11,68 11,51 13,27 12,51

Комбинированная 15,47 10,38 12,92 9,58 9,23 9,40

Дифференцированная 19,75 15,87 17,81 12,58 9,82 11,20

Пшеница

Отвальная 10,44 12,34 11,39 7,45 10,28 8,87

Комбинированная 10,42 8,59 9,50 12,85 12,09 12,47

Дифференцированная 9,28 8,92 9,10 9,90 13,14 11,52

Горох

Отвальная 8,72 7,78 8,25 13,85 15,12 14,48

Комбинированная 10,47 13,56 12,02 17,86 13,76 15,81

Дифференцированная 7,93 7,31 7,62 8,94 7,36 8,15

Таблица 2

Содержание М-М03 в почве в посевах зерновых в зависимости от системы основной обработки почвы,

среднее за 1997-2012 гг.

Система основной обработки Содержание в мг/кг почвы

Пе] ред посевом После уборки

0-10 10-20 20-40 0-20 0-40 0-10 10-20 20-40 0-20 0-40

Отвальная 8,53 7,13 5,73 7,83 7,13 6,00 6,04 4,06 6,02 5,36

Безотвальная 7,62 5,51 4,05 6,56 5,73 5,13 4,52 4,17 4,83 4,60

Комбинированная 6,38 5,18 4,03 5,78 5,20 5,24 4,49 4,36 4,87 4,70

Дифференцированная 5,64 4,74 4,05 5,19 4,81 5,04 4,55 3,58 4,79 4,39

Дискование, БДТ-2,5 6,37 5,92 4,52 6,14 5,60 6,30 6,24 3,69 6,27 5,41

Плоскорезная, КПЭ-3,8 6,22 6,15 4,13 6,18 5,50 6,09 4,33 3,76 5,20 4,72

использовании безотвального рыхления на 20-22 см ЛП-0,35 в комбинированной системе обработки почвы содержание нитратного азота перед посевом пшеницы снизилось до 9,50 мг/кг почвы (на 16,6 %), что соответствует низкому его содержанию. При мелкой обработке КПЭ-3,8 на глубину 12-14 см в дифференцированной системе основной обработки, нитратного азота перед посевом пшеницы содержалось в слое 0-20 см 9,10 мг/кг почвы, что на 2,29 мг/кг или на 20 % меньше, чем на контроле (рис. 1). Более интенсивное накопление N-N03 при отвальной системе обработки отмечено в слое 10-20 см, где содержалось 12,34 мг/кг почвы.

Обратная закономерность дифференциации пахотного слоя по накоплению нитратного азота установлена при обработке почвы без оборота пласта. Комбинированная и дифференцированная обработки почвы снижали содержание N-N03 в слое 10-20 см до 8,59 и 8,92 мг/кг почвы соответственно, что было меньше на 3,75 и 3,42 мг/кг почвы или на 30,4 и 27,7 % по сравнению со вспашкой. В 0-10 см слое почвы на полях, обработанных ЛП-,35 и КПЭ-3,8, содержание N-N03 составляло 10,4 и 9,28 мг/кг, и было близко варианту вспашки — 10,4 мг/кг почвы. Данные содержания нитратного азота в посевах зерновых в среднем за 1997-2012 гг. третьей-пятой ро-

тации зернопарового севооборота (табл. 2) показали, что применение безотвальных и мелких обработок также приводило к обеднению пахотного слоя нитратным азотом.

Так перед посевом в слое 0-20 см содержание его по ресурсосберегающим системам обработки снижалось на 1,27-2,64 мг/кг почвы или на 16,2-33,7 % по сравнению с вариантом ежегодной вспашки. В результате применения безотвальной и мелкой обработки произошло устойчивое снижение содержания нитратов на 13,7-33,5 % в нижележащем 10-40 см слое почвы. При общем снижении содержания нитратов к уборке, указанная выше закономерность сохранялась. Вышеизложенное подтверждает данные, полученные в предыдущих исследованиях, по пищевому режиму в зависимости от разных систем обработки почвы [11, 12].

Н. З. Милащенко, Л. Д. Тихомирова, В. М. Зер-фус [13] объясняют снижение содержания нитратов тем, что при достаточном количестве осадков, увеличении влажности почвы при безотвальной обработке и сокращении механических обработок происходит снижение численности нитрифицирующих бактерий, что в свою очередь уменьшает накопление нитратов в почве. Г. И. Баздырев [14] объясняет это явление интенсивной иммобилизацией раститель-

Агрономия ф

-отвальная комбинированная дифференцированная

-♦— отвальная

-— комбинированная

-А—дифференцированная

25 20

0 - 10 см 10 - 20 см 20 - 40 см Глубина, см

10 см 10 - 20 см 20 - 40 см Глубина, см

Пшеница

Озимая рожь

Рисунок 1

Содержание нитратного азота в зависимости от систем основной обработки почвы

ных остатков и ухудшением условии аэрации из-за уплотнения почвы. По данным наших исследовании, обработка почвы без оборота пласта и сокращение глубины обработки ведет к снижению численности микроорганизмов усваивающих органическии азот в пахотном 0-20 см слое почвы весноИ на 60,2 %, в период кущения на 21,8-28,8 %, к уборке на 50,166,1 % [15]. Было установлено, что при довольно близких и высоких значениях численности микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота в слое почвы 0-20 см, при различных системах основ-нои обработки отмечена дифференциация их распределения по почвенным горизонтам, что объясняется анаэробизмом почвеннои среды, обеднением нижнеи части пахотного слоя органическими веществами. В слое почвы 0-10 см весноИ их численность была наиболее высокои при безотвальнои и дифференци-рованноИ обработке — на 32,5 и 7,1 % выше, чем по вспашке. В слое почвы 10-20 см их численность по безотвальноИ и мелкоИ обработке снижалась по сравнению с вариантом вспашки на 18,3 и 6,5 %. К уборке эта закономерность сохранялась.

Преимущественно мелкие и безотвальные обработки в дифференцированноИ системе обработки снижали величину соотношения численности микроорганизмов, усваивающих органическиИ азот к минеральному (0,32), что свидетельствует о сниже-

нии плодородия почвы при использовании этих обработок, тогда как по другим он составлял 0,47-0,62.

Снижение мобилизационных процессов нитратного азота из органическоИ части почвы следует рассматривать как стабилизацию и воспроизводство потенциального плодородия. Дефицит в обеспечении азотного питания при безотвальноИ обработке устраняется путем увеличения норм минеральных удобрениИ.

Выводы.

1. Энергосберегающие системы основноИ обработки почвы комбинированная, дифференцированная в чистом пару способствуют накоплению нитратного азота, к периоду посева озимоИ ржи и возобновления вегетации.

2. Обработка почвы без оборота пласта после зерновых предшественников приводит к снижению содержания нитратного азота в пахотном слое относительно отвальноИ системы обработки почвы на 16,2-33,7 %, в слое почвы 10-40 см на 13,7-33,5 %. Поэтому, при применении безотвальных обработок для возделывания зерновых культур, необходимо предусматривать внесение азотного удобрения. Эти данные являются обоснованием необходимости внесения азотных удобрениИ под зерновые культуры при использовании ресурсосберегающих систем обработки почвы.

Литература

1. Сдобников С. С., Попов А. П. Основная обработка почвы под яровую пшеницу в пропашном севообороте // Науч. тр. СибНИИСХ. 1971. Т. 2 (17). С. 8-10.

2. Кирюшин В. И., Ткаченко Г. И. О нисходящеИ миграции нитратов в черноземах Сибири при сельскохозяИственном использовании // Почвоведение. 1986. № 2. С. 41-45.

3. Холмов В. Г. Минимальная обработка и плодородие почвы // Земледелие. 1986. № 4. С. 29-31.

4. Власенко А. Н. Системы основноИ обработки черноземов лесостепи ЗападноИ Сибири при разных уровнях интенсификации земледелия : автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. Новосибирск, 1995. 40 с.

5. Боброва М. В. Эффективность приемов обработки дерново-подзолистоИ суглинистоИ почвы в звеньях полевого севооборота в Предуралье : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Пермь, 1996. 23 с.

6. Каличкин В. К. Минимальная обработка почвы в Сибири : проблемы и перспективы // Земледелие. 2008. № 5. С. 24-26.

7. Храмцов И. Ф. Ресурсосберегающие технологии производства зерна в ЗападноИ Сибири // Земледелие. 2009. № 4. С. 5-7.

8. Власенко А. Н., Шарков И. Н., Иодко Л. Н. Перспективы минимализации основноИ обработки сибирских черноземов при возделывании зерновых культур // СибирскиИ вестник с/х науки. 2010. № 7. С. 5-14.

9. Шарков И. Н. Минимализация обработки и ее влияние на плодородие почвы // Земледелие. 2009. № 3. С. 24-28.

10. Кольцов А. Х. Удобрения на запланированныИ урожаИ. Тюмень, 1977. 22 с.

Аграрный вестник Урала № 7 (125), 2014 г.

Агрономия ЩР

11. Воронова Н. Т. Безотвальная и минимальная обработка темно-серых лесных почв Северного Зауралья // Ресурсосберегающие системы обработки почвы. М. : Агропромиздат, 1990. С. 186-195.

12. Абрамов Н. В. Совершенствование основных элементов систем земледелия в лесостепи ЗападноИ Сибири : авто-реф. дис. ... д-ра с.-х. наук. Омск, 1992. 32 с.

13. Милащенко Н. З., Тихомирова Л. Д., Зерфус В. М. Особенности мобилизационных процессов и пищевого режима при сокращении механических обработок выщелоченного чернозема // Вопросы оптимизации почвенных условиИ для растениИ : науч. тр. СибНИИСХ. Новосибирск, 1979. Т. 29. С. 3-10.

14. Баздырев Г. И. Почвозащитные технологии обработки почвы и их влияние на засоренность и урожаИность культур на склоновых землях Нечерноземья // Ресурсосберегающие системы обработки почвы. М. : Агропромиздат, 1990.

15. Перфильев Н. В., Вьюшина О. А. Влияние минимизации систем основноИ обработки на плодородие темно-сероИ лесноИ почвы и эффективность возделывания зерновых в Северном Зауралье : материалы Междунар. практ. конф. Тюмень, 2012. С. 139-150.

1. Sdobnikov S. S., Popov A. P. The main tillage for spring wheat in tilled grain-fallow // Scientific works of SibNIISKH. 1971. Vol. 2 (17). P. 8-10.

2. Kiriushin V. I., Tkachenko G. I. On the downward migration of nitrates in Siberia chernozems under agricultural use // Soil Science. 1986. № 2. P. 41-45.

3. Holmov V G. Minimum tillage and soil fertility // Agriculture. 1986. № 4. P. 29-31.

4. Vlasenko A. N. The main processing system chernozem steppe of Western Siberia at different levels of intensification of agriculture : author. dis. ... dr. of agricult. sciences. Novosibirsk, 1995. 40 p.

5. Bobrova M. V. Efficiency of methods of processing sod-podzolic loamy soil cross-links in the field rotation in the Urals : author. dis. ...cand. of agricult. sciences. Perm, 1996. 23 p.

6. Kalichkin V. K. Minimum tillage in Siberia : problems and prospects // Crop. 2008. № 5. P. 24-26.

7. Hramtsov I. F. Saving technologies in grain production in Western Siberia // Crop. 2009. № 4. P. 5-7.

8. Vlasenko A. N., Sharkov I. N., Iodko L. N. Prospects for minimizing the basic processing Siberian black chernozem the cultivation of crops // Siberian gazette of agricultural science. 2010. № 7. P. 5-14.

9. Sharkov I. N. Minimizing processing and its effect on soil fertility // Crop. 2009. № 3. P. 24-28.

10. Koltcov A. H. Fertilizers planned yield. Tyumen, 1977. 22 p.

11. Voronov N. T. Subsurface and minimum tillage dark gray forest soils of Northern Urals // Resource-tillage systems. M. : Agropromizdat, 1990. P. 186-195.

12. Abramov N. V. Improving key elements of farming systems in the left sostepi Western Siberia : author. dis. ... dr. of agricult. sciences. Omsk, 1992. 32 p.

13. Milaschenko N. C., Tikhomirov L. D., Zerfus V. M. Features mobilization processes and nutrient status while reducing mechanical treatments leached chernozem // Questions optimizing soil conditions for plants : scientific works of SibNIISKH. Novosibirsk, 1979. Vol. 29. P. 3-10.

14. Bazdyrev G. I. Soil conservation tillage and their influence on the clogging of attorney, and crop yields in sloping lands Nechernozemie // Resource-saving tillage systems. M. : Agropromizdat, 1990. P. 129-139.

15. Perfilev N. V, Vyushina O. A. Minimize impact on the basic processing systems dark gray forest soil and efficiency of cultivation of cereals in North Over-Ural : proceedings of the International scientific conference. Tyumen, 2012. P. 139-150.

С. 129-139.

References