Применение сидеральных смешанных агросообществ для восстановления агрофизических свойств почв при использовании минимальных обработок

ПРИМЕНЕНИЕ СИДЕРАЛЬНЫХ СМЕШАННЫХ АГРОСООБЩЕСТВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МИНИМАЛЬНЫХ ОБРАБОТОК Гребенников А.М.

Гребенников Александр Михайлович - доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, Почвенный институт им. В.В. Докучаева, г. Москва

Аннотация: применение минимальных обработок в земледелии часто приводит к ухудшению агрофизических свойств почв, определяющих их плодородие. Показано, что для восстановления агрофизических свойств почв целесообразно использовать сидеральные посевы экологически и аллелопатически совместимых культур. Ключевые слова: минимальная обработка, объемная масса, фактор структурности, смешанные сидеральные агросообщества.

DOI: 10.24411/2413-2101-2019-10702

Одной из тенденций современного земледелия является замена традиционной отвальной вспашки на менее затратные способы основной обработки почв (плоскорезная обработка, дискование и т. д.) вплоть до полного отказа от последней (No-till). Это связано не только с повышением эффективности сельскохозяйственного производства, происходящем вследствие снижения затрат на основную обработку, но и с почвозащитными свойствами минимальных обработок. Однако, результаты применения минимальных обработок в различных почвенно-климатических условиях зоны распространения черноземных почв часто приводили к негативным изменениям показателей почвенных и прежде всего агрофизических свойств [1, 2]. Так, например, в условиях Воронежской области уже через год проведения полевого опыта было установлено, что применение минимальных обработок привело к значительному уплотнению и ухудшению структурного состояния почв, что особенно было выражено в варианте с нулевой обработкой [3].

Как известно, что для устранения негативных последствий уплонения почв и разрушения ее структуры целесообразно внесение больших доз органических удобрений, которые могут поступать в почву в виде сидератов или покровных культур. Последние применяются в технологии No-till, но их влияние оказывается не всегда достаточным для предотвращения уплонения почв и разрушения их структуры. Удобрительная ценность и средообразующая способность сидератов, а также покровных культур, зависит от их биомассы и количества элементов питания, иммобилизированных в сбалансированных количествах органическим веществом зеленого удобрения [4]. В некоторых работах показано, что наиболее высокой продуктивности агроценозов можно добиться, если использовать не чистые, а смешанные посевы культур [5 и др.], что делает их перспективными для применения в качестве сидератов. Правильно подобронные компоненты в сидеральные смеси (в смысле их экологической и аллелопатической совместимости) в сравнении с чистыми посевами этих культур позволяют значительно увеличить продуктивность культурной составляющей агроценозов, что часто сопровождается вытеснением сорной растительности из агросообщества [5, 6 и др.]. Подбором культур в смешанные агроценозы можно добиться существенного увеличения элементов питания в растительных тканях [4, 7]. Появляется возможность до определенной степени влиять на удобрительную ценность сидеральных агроценозов, результатом поступления биомассы которых в почву может быть мощное средообразующее воздействие,

оказывающее положительное влияние на весь комплекс агрохимических, агрофизических и микробиологических свойств почв [8, 9].

Целью исследований являлась оценка влияния фактора смешивания посевов (агроценотического эффекта) в сидеральных агросообществах на изменение плотности и структурного состояния миграционно-мицелярных (типичных) черноземов.

В рамках настоящей работы были рассмотрены результаты исследований изменения объемной массы и фактора структурности в пахотном (0 - 25 см) и подпахотном (25 - 40 см) слое в вариантах полевого опыта с чистыми посевами кукурузы сорта Бемо, сои сорта Октябрьская, подсолнечника сорта Енисей, пайзы сорта Удалая и их бинарными смесями. Объемную массу и фактор структурности определяли по общепринятым методикам, представленным в [10]. Опыты проводились в 2001 - 2005 гг. в 3-х повторениях на стационаре Петринского опорного пункта Почвенного института им. В.В. Докучаева (Курская обл.). На учетной площади каждой делянки, составляющей 280 м2 (5.6 х 50), сплошным методом определяли величину биологического урожая сидеральных культур и урожайность озимой и яровой пшеницы, которые по годам исследований чередовались с посевами сидератов. Почвы опытного участка были представлены тяжелосуглинистыми мощными типичными черноземами.

Для оценки влияния фактора смешивания посевов на изменение исследуемых показателей был разработан метод построения вариантов сравнения [11]. Суть этого метода состояла в расчетном построении для каждого смешанного агросообщества варианта сравнения из соответствующих чистых посевов таким образом, чтобы единственным различием между смешанным агросообществом и вариантом сравнения было наличие фактора смешивания в первом случае и отсутствие - во-втором. Удовлетворяющий этим условиям вариант сравнения выглядит следующим образом: Vs = (Sum W;*(Pik - Pin)) / Sum W;, где Vs - вариант сравнения, Sum - знак суммы, Wi - доля i-той культуры в смешанном посеве, определенная как количество семян этой культуры, отнесенных к норме высева, соответствующей нормальным по плотности посевам (W,- = Q,/N,), Pin и Pik - соответственно начальное (до закладки опыта) и конечное (после его завершения) значение исследуемого показателя в чистых посевах i -той культуры. Если в процессе проведения опыта было получено одно значение исследуемого показателя только при завершении опыта Pi, то оно использовалось в приведенной формуле вместо разности Pik - Pin. Применение этого метода позволяло сопоставить исследуемые показатели в смешанных и чистых посевах культур при соблюдении принципа единственности различия. Для оценки значимости влияния фактора смешивания на свойства почв в зависимости от их типа распределения использовался t-критерий Стьюдента для случая неравных дисперсий сравниваемых последовательностей, F-критерий Фишера и непараметрический метод Краскела-Валлиса.

В пахотном и подпахотном горизонтах черноземов наблюдалось снижение объемной массы почв вариантов опыта за период его проведения. Отмечалась также тенденция увеличения фактора структурности под смешанными посевами по сравнению с чистыми (табл. 1).

Таблица 1. Средние изменения объемной массы за время проведения и значения фактора структурности в год окончания опыта

Варианты опыта Изменение объемной массы, г/см3 Значение фактора структурности, %

Пахотный горизонт

Кукуруза -0.05 92.3

Соя -0.06 93.1

Подсолнечник -0.04 95.5

Пайза -0.04 94.4

Кукуруза + соя -0.10 96.2

Кукуруза + пайза -0.05 94.2

Соя + пайза -0.06 95.1

Соя + подсолнечник -0.09 97.8

Пайза + подсолнечник -0.13 98.5

Подпахотный горизонт

Кукуруза -0.04 91.1

Соя -0.03 91.8

Подсолнечник -0.02 93.9

Пайза -0.02 93.3

Кукуруза + соя -0.08 94.6

Кукуруза + пайза -0.04 92.6

Соя + пайза -0.05 93.6

Соя + подсолнечник -0.07 94.6

Пайза + подсолнечник -0.09 96.3

Полученные результаты позволили построить варианты сравнения (ВС) и оценить агроценотический эффект (АЭ), представляющий разность между значениями исследуемых свойств почв под агросообществами (АС) и соответствующими значениями ВС (табл. 2). Статистически достоверные величины АЭ указаны в таблице 2 жирным курсивом.

Варианты Изменение объемной масса, г/см3 Значение фактора структурности, %

АС ВС АЭ АС ВС АЭ

Пахотный горизонт

Кукуруза + соя -0.10 -0.06 -0.04 96.2 92.7 3.5

Кукуруза + пайза -0.05 -0.05 0.00 94.2 93.4 0.8

Соя + пайза -0.06 -0.05 -0.01 95.1 93.8 1.3

Соя + подсолнечник -0.09 -0.05 -0.04 97.8 94.3 3.5

Пайза + подсолнечник -0.13 -0.04 -0.09 98.5 95.0 3.5

Подпахотный горизонт

Кукуруза + соя -0.08 -0.04 -0.04 93.6 91.5 2.1

Кукуруза + пайза -0.04 -0.03 -0.01 92.6 92.2 0.4

Соя + пайза -0.05 -0.03 -0.02 93.6 92.5 1.1

Соя + подсолнечник -0.07 -0.03 -0.04 94.6 92.8 1.8

Пайза + подсолнечник -0.09 -0.02 -0.07 96.3 93.9 2.7

Агроценотический эффект приводил к тенденции улучшения рассматриваемых свойств в почвах под всеми агросообществами. Наиболее выраженным это было в почвах под агроценозами кукуруза + соя, соя + подсолнечник и подсолнечник + пайза.

Влияние агроцентического эффекта в указанных агросообществах приводило к существенному снижению объемной массы почв. Вклад агроцентического эффекта в общий сидеральный эффект, рассчитанный как процентное отношение АЭ к АС, для пахотного горизонта под этими агросообществами соответственно составил 40, 44 и 69%. Для подпахотного горизонта эти величины были соответственно равны 50, 57 и 78%.

В результате воздействия фактора смешивания значимое улучшение фактора структурности как в слое 0 - 25, так и 25 - 40 см произошло под теми же агросообществами: кукуруза + соя, соя + подсолнечник и подсолнечник + пайза. Доля вклада агроценотического эффекта в общее увеличение фактора структурности в пахотном горизонте под исследуемыми агросообществами оказалась равной 3.7 -3.8%, в подпахотном горизонте - 1.9 - 2.9%.

Полученные таким образом результаты были достаточно тесно связаны со средней продуктивностью агросообществ, урожайностью последующих зерновых культур и влиянием на эти показатели агроценотического эффекта

Таблица 3. Влияние агроценотического эффекта на продуктивность агросообществ и урожайность последующих зерновых культур

Варианты опыта Средняя продуктивность, г/м2 сухого вещества Средняя урожайность зерновых культур, ц/га

АС ВС АЭ АС ВС АЭ

Кукуруза + соя 894 512 382 33.4 30.9 2.5

Кукуруза + пайза 653 561 91 31.0 30.4 0.6

Соя + пайза 682 457 225 32.0 31.4 0.6

Соя + подсолнечник 855 547 308 32.8 31.8 1.0

Пайза + подсолнечник 985 614 371 33.9 31.3 2.6

Наличие достаточно тесной связи между показателями, приведенными в таблицах 2 и 3, подтверждается высокими значениями коэффициентов корреляции между ними (табл. 4).

Таблица 4. Коэффициенты корреляции между значениями свойств почв и средними величинами продуктивности агросообществ и урожайности зерновых культур

Исследуемые свойства почв Средняя продуктивность, г/м2 сухого вещества Средняя урожайность зерновых культур, ц/га

АС АЭ АС АЭ

Объемная масса пахотного слоя -0.98 -0.81 -0.96 -0.83

- // - подпахотного слоя -0.99 -0.92 -0.99 -0.84

Значение фактора структурности в пахотном слое 0.91 0.93 0.87 0.81

- // - в подпахотном слое 0.84 0.96 0.82 0.87

Таким образом, сидерация смешанными агросообществами и влияние в них агроценотического эффекта при правильном подборе культур в эти агросообщества оказывают средообразующее воздействие на почву, что может быть одним из резервов повышения ее потенциального и эффективного плодородия. Наиболее высокой средообразующей способностью по отношению к типичным черноземам в рамках рассмотренного полевого опыта характеризовались агросообщества кукуруза + соя, соя + подсолнечник и подсолнечник + пайза.

Учитывая изложенное, для устранения возможного негативного влияния применения минимальной и, особенно нулевой обработки, на агрофизические свойства почв, следует полнее использовать сидеральные смешанные посевы экологически совместимых культур, что может быть одним из путей восстановления и повышения плодородия почв, а также получения высоких урожаев качественной продукции растениеводства.

Список литературы

1. Кирюшин В.И. Проблема минимизации обработки почвы: перспективы развития и задачи исследования // Земледелие. 2013, № 7.

2. Черкасов Г.Н, Пыхтин И.Г., Гостев А.В., Нитченко Л.Б., Плотников В.А., Ильина Г.П., Гапонова Н.П. Теоретические основы формирования агротехнологической политики применения нулевых и поверхностных обработок почвы под зерновые культуры для модернизации земледелия. Курск. ГНУ ВНИИЗиЗПЭ. 2012. 76 с.

3. Гармашов В.М., Чевердин Ю.И., Белобров В.П., Гребенников А.М., Исаев В.А., Беспалов В.А. Влияние способа основной обработки почв на агрофизические свойства миграционно-мицелярных агрочерноземов.// Вестник Российской сельскохозяйственной науки. № 3. 2017. С. 26 - 29.

4. Гребенников А.М. Обеспеченность культур элементами минерального питания в смешанных посевах.// Агрохимия. № 5. 2004. с. 26 - 35.

5. Гродзинский А.М., Миркин Б.М., Головко Э.А., Туганаев В.В. Перспективы функциональной агрофитоценологии.// Методологические проблемы аллелопатии. Киев. Наукова думка. 1989. С. 15 - 28.

6. Гребенников А.М. Структура и продуктивность агроценозов при выращивании сельскохозяйственных культур в смешанных посевах.// Агрохимия, 2003, №4, с. 56-68.

7. Кузнецова О.Ю., Гребенников А.М. Рекультивация земель и улучшение качества ее проектирования. // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. № 1. 2009. С. 42-45.

8. Гребенников А.М. Содержание подвижного фосфора и обменного калия в типичных черноземах ЦЧО под смешанными посевами. // Агрохимия. № 5. 2009. С. 13 - 21.

9. Гребенников А.М. Методические аспекты оценки агроценотического эффекта в сидеральных агросообществах для воспроизводства плодородия типичных черноземов ЦЧЗ. // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2010. № 9. С. 79 - 89.

10. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М. Агропромиздат. 1986. 416 с.

11. Гребенников А.М. Оценка взаимовлияния культур в смешанных посевах.// Агрохимия, 2003, №1, с. 68-73.