Воспроизводство гумуса в севооборотах, расположенных на эрозионно опасных склонах

Воспроизводство гумуса в севооборотах, расположенных на эрозионно опасных склонах

Э.А. Гаевая, к.б.н, Донской НИИСХРАСХН

Ведение сельскохозяйственного производства в условиях рыночной экономики обусловливает необходимость эффективного использования эродированных и эрозионно опасных земель. По данным государственного учёта, общая площадь эродированных сельскохозяйственных угодий составляет 130 млн га, в том числе пашни 84,8 млн га. В целом по стране в составе эродированных сельскохозяйственных угодий средне- и сильноэродированные почвы занимают 26%. Ежегодная убыль гумуса на пашне составляет 0,62 т/га, содержание его в пахотных почвах за последние сто лет снизилось на 30—40% [1, 2].

Важным показателем почвенного плодородия, обусловливающим продуктивность культур, является содержание гумуса. Задача современного земледелия состоит в экологизации севооборотов с использованием биологической системы регулирования режима органического вещества в почве. Научно обоснованная организация территории эрозионно опасных склонов с использованием противоэрозионных обработок почвы способствует повышению влагообеспечен-ности и продуктивности сельскохозяйственных культур и севооборотов в целом. Поэтому целью

исследования было изучение баланса гумуса и его воспроизводства в севооборотах на склоновых землях [3].

Материалы и методы исследования. Исследования проведены в многофакторном стационарном опыте, расположенном на склоне балки Большой Лог Аксайского района Ростовской области в 2007—2012 гг. Опыт был заложен ещё в 1986 г. в системе контурно-ландшафтной организации территории склона крутизной до 3,5—4°, с комплексом гидротехнических приёмов и простейших сооружений: валов-канав и валов-террас, позволяющих снизить до безопасных пределов сток талой и ливневой воды и смыв почвы. Почва опытного участка — чернозём обыкновенный, тяжелосуглинистый на лессовидном суглинке. Мощность Атах — 25—30 см, А+Б — от 40 до 90 см — в зависимости от смытости. Содержание гумуса в почве 3,8—3,83%.

В опыте изучали три севооборота, имеющих структуру посевов: А — чистый пар — 20%, многолетние (мн.) травы — 0% (пар, озимая пшеница, озимая пшеница, кукуруза на силос, ячмень); Б — чистый пар — 10%, мн. травы — 20% (пар 1/2 + горох 1/2, озимая пшеница, кукуруза на силос, ячмень, мн. травы — выводное поле); В — чистый пар — 0%, мн. травы — 40% (кукуруза

на силос, озимая пшеница, ячмень, мн. травы — выводное поле, мн. травы — выводное поле). Применяли три уровня органоминеральной системы удобрений (0 — естественное плодородие;

1 — навоз КРС, 5 т + ^бР24К30 и 2 — навоз КРС, 8 т + ^4Р30К48 на 1 га севооборотной площади), а также четыре системы основной обработки почвы в севооборотах — чизельная (Ч), комбинированная (К), поверхностная (П) и отвальная обработка (О).

Опыт заложен в трёхкратной повторности, размещение делянок рендомизированное, учётная площадь 50 м2 — для зерновых и 25 м2 — для пропашных. Для посева использованы районированные сорта. Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур — рекомендуемая для приазовской сельскохозяйственной зоны Ростовской области.

Баланс гумуса рассчитан по азоту, по методу, разработанному Лыковым [4]. Баланс рассчитывали по разнице между количеством новообразованного и минерализованного гумуса с указанием соответствующего знака (+ или — ) [5].

Определение смыва и размыва почвы проводили измерением объёма водороин по методу В.Н. Дьякова [6].

Результаты исследования. Изучение показателей почвенного плодородия в течение 26-летнего периода в севооборотах различной конструкции и при различных уровнях применения органических и минеральных удобрений на эрозионно опасном склоне крутизной 3,5—4° с контурномелиоративной организацией территории и полосным размещением культур показало, что в результате проявления поверхностного стока воды и смыва почвы теряется плодородный слой (рис.).

Наибольшие потери почвы — до 4,3 т/га отмечены в севообороте с 20% пара и 0% многолетних трав при использовании в качестве основной обработки почвы отвальной вспашки. При применении почвозащитных обработок с оставлением на поверхности поля стерни эти потери сокращаются на 20—27%. Введение в севооборот выводного поля многолетних

трав позволяет сократить смыв почвы в 1,5—

2 раза.

Подверженность почвы эрозионным процессам определяется отношением фактических потерь к условно допустимым и показывает, во сколько раз смыв почвы превышает условно допустимые потери, которые принято считать для зоны Ростовской области 3—3,5 т/га [7]. Снижение доли чистого пара в структуре севооборота до 10% позволяет сократить потери почвы до предельно допустимых, а расчётный коэффициент подверженности эрозионным процессам составляет 0,8—1. При отсутствии в севообороте чистого пара и введении 40% многолетних трав этот коэффициент снижается до 0,6—0,7, и такая потеря почвы может компенсироваться наращиванием почвенного плодородия пахотных земель за счёт поступления в почву органического вещества растительных остатков.

Контурно-полосная организация территории склона с применением почвозащитных обработок почвы с сохранением на поверхности пожнивных и стерневых остатков снижает скорость потоков талой и ливневой воды, что позволяет существенно сократить, а в ряде случаев приостановить эрозионные процессы. Организация севооборотов с чередующимися в полосах устойчивыми и неустойчивыми к эрозии культурами сокращает смыв почвы до безопасных пределов.

Наблюдения за динамикой содержания гумуса в течение пяти ротаций севооборотов, расположенных на эрозионно опасных склонах, показали, что на участках, где удобрения не вносились, произошло его снижение в слое 0—30 см с 3,80 до 3,59%. Органоминеральные удобрения в дозе: навоз, 5 т + ^бР24К30 замедляли этот процесс, но не компенсировали его полностью. Содержание гумуса уменьшилось на 0,15 абсолютного процента в севообороте, имеющем в структуре посева 20% чистого пара и 0% многолетних трав (севооборот А). Введение в севооборот 40% многолетних трав и 0% чистого пара (севооборот В) и внесение удобрений повышает содержание гумуса на 0,07 абсолютного процента. Применение удобрений в дозе 8 т +

о

к

о

4.5

3.5

2.5

1.5

0.5

1 1

1П   I 1

1 14+1

ч к п о А — пар — 20%; мн.травы — 0% ч К п Б — пар -мн.травы о - 10%; - 20% ч к п о В — пар — 0%; мн.травы — 40%

й й* &

0-5 & £ У

Е? (г4 <1*

8 1 &

*4 *

Он

а

о

1=1

I Смыв почвы

- К оэ ф фициент

стока

Рис. - Смыв почвы и коэффициент подверженности эрозионным процессам в период весеннего снеготаяния с 1 га севооборотной площади при разных способах обработки почвы

^4Р30К48 в севообороте А позволяет приращивать гумус на 0,10—0,12 абсолютного процента, а в севообороте В — на 0,31%.

Оставление на поверхности поля пожнивных остатков не только предотвращает развитие эрозионных процессов, но и восполняет содержание гумуса в почве. Органическое вещество, поступающее после уборки культур, является энергетическим материалом, участвующим в процессах гумификации и минерализации.

Наибольшее количество органической массы оставляли многолетние травы — до 70 ц/га, а в поле паровой озимой пшеницы — 47 ц/га. По другим культурам растительных остатков оставалось меньше.

Значительно отличаются по качественному составу показатели органических остатков отдельных культур. Наиболее богаты азотом люцерна и горох, особенно мало его в растительных остатках ячменя и озимой пшеницы по непаровым предшественникам. В результате такого количественного и качественного состава пожнивной и корневой массы в почве после многолетних трав, содержащих 50% бобового компонента, остаётся 27,4—31,2 кг/га азота, после озимой пшеницы — 14,5—22,8 кг/га, остальные культуры занимают промежуточное положение (табл. 1).

Наибольшее количество азота из растительных остатков поступает в севообороте с 40% многолетних трав и 0% чистого пара (В) — на 30% больше, чем в севообороте, имеющем в

структуре посева 20% чистого пара и 0% — многолетних трав (А).

Азот с урожаем выносится по-разному, и наибольший вынос отмечен в севообороте Б, превышающий на 10% севооборот А и на 30% севооборот В.

Пожнивные и корневые остатки культур в той или иной степени пополняют запасы азота и гумуса в почве, что обосновывает необходимость правильного подбора и чередования культур в севообороте с учётом различной степени обогащения и выноса элементов питания. Применение азотных удобрений позволяет косвенно содействовать сохранению органического вещества почвы. Интенсификация земледелия с неизменным повышением уровня продуктивности и, как следствие, высоким выносом гумуса из почвы приводит к его потерям. Поэтому очень важно определить величину потерь гумуса и количество удобрений для обеспечения его бездефицитного баланса.

В стационарном опыте на склоне крутизной 3,5—4° при полосном размещении культур и чистого пара на естественном уровне питания положительный баланс гумуса наблюдается в полях с многолетними травами. С увлечением доли многолетних трав в севооборотах от 0 до 40% увеличивается и приход гумуса (по углероду).

Расчёты показали, что в севообороте А при внесении 5 т навоза и 46 кг азота с минеральными удобрениями, а также азота с корневыми и пожнивными остатками и семенами наблюдался отрицательный баланс. Внесение 8 т навоза и

1. Вынос азота с урожаем и поступление его из растительных остатков в севооборотах различной конструкции и при различных уровнях применения удобрений, кг/га

Культура Вынос азота с урожаем Поступление азота из растительных остатков

0 1 2 0 1 2

Севооборот А

Пар чистый 0 0 0 0 0 0

Озимая пшеница 164,2 174,0 202,3 20,3 21,7 22,8

Озимая пшеница 98,0 117,7 123,9 14,5 15,8 16,0

Кукуруза на силос 50,1 59,8 67,3 9,5 10,5 11,5

Ячмень 79,4 98,2 109,9 16,9 18,2 18,6

Всего по севообороту: 391,7 449,7 503,4 61,2 66,2 68,9

Севооборот Б

Пар чистый 0 0 0 0 0 0

Горох 109,1 121,3 130,1 13,9 14,4 14,7

Озимая пшеница 128,6 153,3 170,7 16,3 17,8 18,9

Кукуруза на силос 50,7 59,8 69,3 9,6 10,6 11,7

Ячмень 81,7 102,5 114,6 17,1 18,2 18,9

Многолетние травы 63,4 70,4 72,7 29,4 31,2 31,7

Всего по севообороту: 433,5 507,2 557,4 86,2 92,2 95,9

Севооборот В

Кукуруза на силос 49,1 63,8 67,2 9,4 11,1 11,5

Озимая пшеница 103,8 129,3 150,2 14,8 16,3 17,6

Ячмень 85,9 100,9 110,2 17,3 18,1 18,6

Многолетние травы 55,8 59,8 64,8 27,4 28,4 29,7

Многолетние травы 55,8 59,8 64,8 27,4 28,4 29,7

Всего по севообороту: 350,4 413,5 457,1 96,4 102,4 107,2

2. Изменение гумусного фонда почвы (по углероду) в севооборотах различной конструкции

Баланс гумуса, ц/га Баланс гумуса

Культура Урожайность, т/га минерализация новообразованный гумус приход (+) / расход (-) потери гумуса со смывом, ц/га с учётом смыва почвы ц/га

0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2

Севооборот А

Пар чистый Озимая пшеница Озимая пшеница Кукуруза на силос Ячмень 4,72 2,92 13,91 2,76 5,34 3,58 16,4 3,56 5.81 3.69 18.69 3.82 7,2 12,1 6.4 2.5 4,7 3.1 12.1 3,9 1,2 3,8 5 11 -0,3 0,8 3 0 4.5 3.6 2.4 2.4 9.4 4.8 3.9 2,7 2.5 15 5 4 2,9 2,6 -12,6 -13,2 -4,9 -0,2 -4,0 11,0 -12,7 0,01 2,6 -2,3 17,4 -10,4 7,5 3,7 -0,7 1,9 2,0 2,2 -36,8 -3,4 15,2

Всего: 33,0 24,1 19,5 12,9 23,3 29,5 -34,9 -1,4 17,4

Севооборот Б

Пар чистый Горох Озимая пшеница Кукуруза на силос Ячмень Многолетние травы 2,17 3.83 14,08 2.84 5,62 2,41 4.56 16,6 3.56 6,24 2,58 5,08 19,24 3,98 6,44 7,3 4.1 9.1 2,5 4,9 -0,3 1,6 4.7 6.8 -0,8 3,8 -0,04 2,5 5,1 5.4 1,0 3.4 -2,9 0 1 4 2,5 2,4 6,9 4.7 1 4.4 2.7 2.5 7,3 7.5 1 4,7 3 2.6 7,4 -12,7 -5,4 -8,9 0,01 -4,4 12,5 5,4 -6,4 -4,2 6,1 -2,3 12,7 8,7 -7,1 -1,2 3,5 -1,4 17,9 1,4 1,5 1,6 -20,2 9,8 18,8

Всего: 27,6 16,1 14,5 16,8 22,6 26,2 -18,8 11,3 20,4

Севооборот В

Кукуруза на силос Озимая пшеница Ячмень Многолетние травы Многолетние травы 13,64 3,09 2,98 4.95 4.95 17,71 3,85 3,5 5.3 5.3 18,66 4,47 3,83 5.74 5.74 2,4 6,9 5,3 -0,7 -0,7 -3,6 4.7 3.7 -0,5 -0,5 -7,2 3,5 3,0 -1,7 -1,7 2.4 3,7 2.4 6.4 6.4 12,2 4 2.5 6.6 6,6 17.9 4,4 2,6 6.9 6.9 0,01 -5,6 -5,0 12.4 12.4 27,5 -1,2 -2,1 12.4 12.4 43,7 1,6 -0,7 15.0 15.0 1,3 1,1 1,2 12,8 47,1 73,3

Всего: 13,2 3,8 -4,1 21,3 31,9 38,7 14,1 48,9 74,5

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

84 кг азота в этом же севообороте позволяет поддерживать положительный баланс (табл. 2).

В севообороте Б при внесении 5 т навоза и 46 кг азота приход гумуса равнялся 2,3 ц/га севооборотной площади, а с учётом поверхностного стока и смыва почвы — 1,9 ц/га. При внесении 8 т навоза и 84 кг азота баланс по углероду увеличился в 2 раза.

Значительная минерализация гумуса отмечена в чистом пару. Использование таких агротехнических приёмов, как внесение органических удобрений, позволяет изменить направленность процессов минерализации. Во всех севооборотах в положительном направлении изменялся гу-мусный фонд почвы в тех полях, где вносились органические удобрения, — в пару и под кукурузу на силос, и под многолетними травами и озимой пшеницей, где достаточно велико накопление растительных остатков. Как было отмечено выше, неравноценное содержание азота в растительных остатках в разной степени пополняет содержание азота в почве. Для замены органических удобрений необходимо внесение в почву 1,0—1,5 т/га соломы озимой пшеницы, 0,9—1,1 т/га соломы гороха или введение в севооборот многолетних трав с долей 40% в структуре севооборота и урожайностью 5,0—5,5 т/га.

Заключение. Для достижения бездефицитного баланса гумуса в севооборотах, расположенных

на эрозионно опасных склонах, с учётом смыва почвы необходимо с азотными удобрениями — в дозе 46 кг/га д.в. вносить и органические удобрения, в севооборотах с многолетними травами — до 5 т/га навоза или солому, а в севооборотах без многолетних трав — 8 т/га и 84 кг/га д.в. Оставление на поле корневых и пожнивных остатков выполняет также и почвозащитную роль — снижая сток талых и ливневых вод и предотвращая потери органического вещества в результате эрозии, что способствует воспроизводству плодородия почвы.

Литература

1. Современное сельскохозяйственное землепользование в России: состояние, проблемы и перспективы // Программа сотрудничества ЕС - Россия (ТАСИС). М., 2007.

2. Балакай Г.Т., Полуэктов Е.В., Балакай Н.И. и др. Мероприятия по охране почв от эрозии: научный обзор ФГНУ «РосНИИПМ». М.: ФГНУЦНТИ«Мелиоводинформ», 2010. 71 с.

3. Котлярова Е.Г. Содержание гумуса при освоении ландшафтных систем земледелия // Плодородие. 2010. № 6. С. 26-29.

4. Лыков М.К. К методике расчётого определения гумусового баланса почвы в интенсивном земледелии // Известия ТСХА. 1979. № 3. С. 21-34.

5. Лабынцев А.В., Сивашов В.Ю., Целуйко О.А. и др. Нормативы и методика применения побочной продукции сельскохозяйственных культур ддя обеспечения бездефицитного баланса органического вещества в почвах на землях сельскохозяйственного назначения. Пос. Рассвет, 2010. 48 с.

6. Дьяков В.Н. Совершенствование метода учёта смыва почв по водороинам // Почвоведение. 1984. № 3. С. 146—148.

7. Полуэктов Е.В., Цвылев Е.М. Почвенно-земельные ресурсы Ростовской области. Новочеркасск: УПЦ «НАБЛА» ЮРГТУ (НПИ), 2008. С, 356.