Изменение агрегатного состава и водопрочности пахотного слоя под влиянием систем обработки почвы и вида пара

Изменение агрегатного состава и водопрочности пахотного слоя под влиянием систем обработки почвы и вида пара

Н.А. Пегова, к.с.-х.н., ФГБНУ Удмуртский НИИСХ

Структуру почвы классики отечественного земледелия относили к важнейшим агрофизическим показателям и условиям плодородия [1, 2].

Изменение агрегатного состава приводит к изменению физических свойств почвы [3]. Хорошо агрегированная почва способствует высокой воз-духо- и водопроницаемости пахотного слоя, имеет благоприятные физико-механические свойства, что и обеспечивает продуктивный биоценоз. Наиболее распространённый способ улучшения почвенной структуры в сельском хозяйстве — механическая обработка почвы различными сельскохозяйственными орудиями. Она является уникальным средством воздействия на почву и растения, оказывает многостороннее влияние на многие свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Это влияние многократно усиливается при длительном применении той или иной системы обработки почвы. Применение ресурсосберегающих систем обработки почвы — дифференцированной, плоскорезной и поверхностной оказывает положительное влияние на структуру тёмно-серой лесной почвы и её качество [4]. При этом их эффективность повышалась по мере удаления полей сельскохозяйственных культур от пара и с увеличением длительности их применения.

Внесение в почву органических удобрений существенно изменяет почвенную агрегирован-ность на более длительное время. По данным И.С. Белюченко и др., повышение агрегации — важнейший процесс сокращения потерь её органического вещества, поскольку образующиеся агрегаты в основном и сохраняют органический углерод почвы [5]. Структура почвы является функцией содержания активного органического вещества, которое удерживает структурные почвенные агрегаты вместе [6]. Г.Н. Черкасовым и др. впервые было установлено, что наиболее ценные агрономические агрегаты чернозёма типичного диаметром 3,0—1,0 мм содержат повышенное количество микробной биомассы по сравнению с общим образцом почвы [7].

По мнению многих видных учёных, выявление закономерностей улучшения показателей почвенного плодородия при разработке более эффективных и ресурсосберегающих технологий производства зерна имеет актуальное и приоритетное значение [8, 9].

Цель исследования — выявить влияние длительного применения различных систем обработки почвы, видов пара и биоресурсов на агрегатный состав и водопрочность дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.

Материал и методы исследования. Объектом исследования являлся пахотный слой дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы в стационарном полевом опыте (начало второй ротации восьмипольного севооборота). Выборочная схема опыта для данного исследования включает две системы зяблевой обработки почвы (фактор А): первая — отвальная (О) — ежегодная вспашка на 20 см, за исключением клевера 1 г.п. плугом ПН-3-35; вторая — безотвальная (Б) — ежегодная безотвальная зяблевая обработка на 12—16 см орудиями БДТ-З или КПЭ-3,8. Виды пара (фактор В): 1-й — чистый пар без удобрений (Б/у) (к); 2-й — чистый пар с внесением навоза КРС, 60 т/га (Н); 3-й — сидеральный пар (горчица белая) (Г); 4-й — сидеральный пар (клевер 1 г.п.) (Кл.). Заделка биоресурсов в пару проводилась в соответствии с изучаемыми системами обработки почвы. Почвенные пробы отбирали перед посевом озимой ржи из пахотного слоя 0—20 см и после её уборки послойно 0—10 и 10—20 см.

Агрегатный состав определяли по методу Н.И. Сав-винова, содержание водопрочных агрегатов — методом качания сит на приборе И.М. Бакшее-ва. Агрохимические анализы проведены биохимической лабораторией ФГБНУ «Удмуртский НИИСХ».

Результаты исследования. В процессе парования в пахотном достаточно аэрируемом слое почвы происходят активные биологические процессы. Вносимые в пару биоресурсы и способы их заделки заметного влияния на агрегатный состав пахотного слоя почвы не оказали (табл. 1). Если рассматривать содержание агрономически наиболее ценных агрегатов (размером 0,25—3,0 мм), то можно отметить, что в вариантах с запашкой навоза и клевера их количество было несколько выше (40,1 и 41,8%), чем при перепашке чистого пара и запашке биомассы горчицы (37,7 и 39,5%). При поверхностной заделке навоза и клевера, наоборот, отмечалось снижение содержания этих структурных элементов до 38,7 и 36,5%. Это ниже, чем по чистому пару без биоресурсов (42,4%) и сидеральному горчичному пару (39,4%). Наиболее высокое содержание пылевидных микроагрегатов (<0,25 мм) наблюдалось в варианте с сидеральным горчичным паром (19,3 и 14,2%), что обусловлено наименьшей влажностью почвы на момент заделки биомассы горчицы в почву в паровом поле. Нами выявлена положительная средней степени корреляционная связь между влажностью почвы и агрегатами >10,0—7,0 мм, г = 0,505 и отрицательная корреляционная связь влажности почвы с микроагрегатами <0,25 мм, г=-0,424.

1. Агрегатный состав пахотного слоя почвы (0—20 см) в зависимости от вида пара, биоресурсов и способа обработки почвы в пару, %, 2014 г.

Размер агрегатов, мм Отвальная обработка Безотвальная обработка

Б/у (к) Н Г Кл. Б/у (к) Н Г Кл.

>10,00 20,2 19,8 14,2 15,1 15,9 20,4 14,8 19,8

10,0-7,0 10,6 8,6 8,2 8,9 9,2 9,3 10,2 12,0

7,0-5,0 8,4 7,6 7,7 8,3 8,2 8,0 8,5 9,6

5,0-3,0 12,5 12,1 11,1 12,7 12,8 11,4 12,9 13,7

3,0-1,0 21,6 22,1 21,0 22,9 23,7 21,1 21,6 21,6

1,0-0,5 7,4 9,1 8,3 8,9 9,3 8,6 8,7 7,7

0,5-0,25 8,7 8,9 10,2 10,0 9,4 9,0 9,1 7,2

£0,25-3,0 37,7 40,1 39,5 41,8 42,4 38,7 39,4 36,5

<0,25 10,6 11,8 19,3 13,2 11,4 12,2 14,2 8,2

Кстр. 3,56 3,40 2,05 3,20 3,72 3,17 2,77 4,46

2. Содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое почвы (0—20 см) в зависимости от вида пара, биоресурсов и способа обработки почвы в пару, %, 2014 г.

Размер агрегатов, мм Отвальная обработка Среднее Безотвальная обработка Среднее

Б/у (к) Н Г Кл. Б/у (к) Н Г Кл.

7,0-5,0 4,6 7,0 6,2 7,9 6,4 4,7 6,4 6,07 8,1 6,3

3,0-1,0 11,6 12,7 11,3 10,7 11,6 12,2 12,1 12,8 12,7 12,5

1,0-0,5 16,6 16,8 17,0 17,7 17,0 18,3 19,1 19,8 19,6 19,2

0,5-0,25 18,8 22,1 17,7 19,9 19,6 21,1 15,8 21,5 19,0 19,3

<0,25 41,0 37,2 42,5 40,0 40,2 43,6 41,3 38,2 35,4 39,0

£0,25-1,0 35,4 38,9 34,7 37,6 36,6 39,4 34,9 41,3 38,6 37,6

В среднем по опыту отмечено увеличение содержания водопрочных агрегатов размером 5,0—7,0 мм в вариантах с внесением биоресурсов в пару (навоза, горчицы и клевера) на 30—73% по сравнению с чистым паром, как при отвальной, так и безотвальной их заделке. Это указывает на увеличение агрегирующей способности почвы в результате активизации микробиологических процессов за счёт внесения биоресурсов (табл. 2).

В вариантах с запашкой навоза и клевера содержание водопрочных агрегатов размером 0,25—1,0 мм, как наиболее характерных для дерново-подзолистых почв, было более высоким (38,9 и 37,6%), чем по чистому и сидеральному горчичному парам — 35,4 и 34,7%. При мелкой заделке навоза содержание их оказалось наименьшим — 34,9%. В среднем по опыту варианты с отвальной и безотвальной системами обработки почвы по водопрочности агрегатов существенно не различались — 36,6 и 37,6%.

Рассмотрим состав структурных агрегатов (0,25—3,0 мм) без учёта агрегатов размером более 3,0 мм в пахотном слое почвы после уборки озимой ржи (табл. 3). При запашке навоза и биомассы клевера 1 г.п. в нижней прослойке пахотного слоя (10—20 см) отмечен наибольший коэффициент структурности 12,4 и 10,0 за счёт высокого содержания структурных агрегатов размером 3,0—1,0 мм и наименьшего содержания микроагрегатов <0,25 мм. Поверхностная заделка этих же биоресурсов не привела к улучшению структурного состава верхней прослойки пахотного слоя (0—10 см). Коэффициент структурности оказался ниже, чем в слое 10—20, по всем видам пара. Аналогичные данные по

влиянию навоза на структурный состав пахотного слоя почвы в зависимости от способа его заделки получены в паровом поле, о чём сказано выше. Это даёт нам основание предположить, что в аэробных условиях активизация микробиологических процессов в результате поступления органического вещества, особенно навоза, за счёт нехарактерных для почвы активных штаммов микроорганизмов, приводит к биологическому разрушению (распаковке) более крупных структурных агрегатов и увеличению содержания пылевидной фракции. Разложение биоресурсов в анаэробных условиях (в слое 10—20 см) способствует агрегации мелких почвенных частиц с образованием более крупных структурных отдельностей.

На конец вегетации озимой ржи независимо от системы обработки почвы наиболее крупные водостойкие агрегаты размером 3,0—7,0 мм преобладали в верхней (0—10 см) части пахотного слоя. Их содержание составляло 10,6—16,4%, тогда как в нижней его части (10—20 см) было существенно ниже — 6,3; 6,6% (табл. 4). Очевидно, это связано с влиянием корневой системы озимой ржи на агрегацию мелких почвенных отдельностей в верхнем корнеобитаемом слое пахотного горизонта. Содержание водопрочных агрегатов размером 3,0—1,0 мм по слоям пахотного слоя выровнялось и составило по отвальной системе обработки 13,7% в слое 0-10 см, 12,0% - в 10-20 см и 15,2 и 15,1% соответственно по безотвальной. Более мелкие водопрочные агрегаты 1,0-0,25 мм преобладали в слое 10-20 см. Независимо от системы обработки почвы (отвальной, безотвальной) их содержание в слое 0-10 см составляло 36,3 и 34,0%,

3. Структурный состав пахотного слоя дерново-подзолистой почвы в зависимости от системы обработки почвы и вида пара, (% от массы агрегатов <0,25—3,0 мм), 2015 г.

Размер агрегатов Слой Отвальная обработка Безотвальная обработка

по фракциям, мм почвы, см Б/у (к) Н Г Кл. Б/у (к) Н Г Кл.

3,0-1,0 0 - 10 10 - 20 55,8 57,2 66,6 67,4 58,7 56,1 60,7 64,9 50.8 57.9 57.7 59.8 56,8 59,4 51,2 58,5

1,0 - 0,5 0 - 10 10 - 20 18,2 17,5 12,3 16,0 14,0 17,2 16,2 16,4 18,0 17,1 17,7 16,6 18,0 17,5 17,0 16,0

0,5-0,25 0 - 10 10 - 20 13,9 13,5 9,3 9,1 13,9 13,5 10,6 9,6 14,9 13,4 13,3 12,8 13,1 12,6 15,8 12,7

<0,25 0 - 10 11,9 11,6 13,3 12,5 16,2 11,5 12,0 15,9

10 - 20 11,7 7,4 13,1 9,1 11,4 10,7 10,5 12,7

Кстр. 0 - 10 7,4 7,6 6,5 7,0 5,2 7,7 7,3 5,3

10 - 20 7,6 12,4 6,6 10,0 7,7 8,3 8,5 6,8

4. Содержание водопрочных агрегатов в пахотном слое в зависимости от системы обработки почвы и вида пара, %, 2015 г.

Размер водопрочных агрегатов по фракциям, мм Слой почвы, см Отвальная обработка Безотвальная обработка

Б/у (к) Н Г Кл. Среднее Б/у (к) Н Г Кл. Среднее

>3,0 0-10 10-20 8,8 4,8 11,7 6,8 10,1 7,2 11,9 6,5 10,6 6,3 14,2 6,0 13,9 4,3 16,9 5,7 19,1 10,3 16,4 6,6

3,0-1,0 0-10 10-20 13,2 11,4 14,0 12,8 14,0 10,4 13,6 13,6 13,7 12,0 14,6 17,0 14,8 9,8 17,8 15,2 13,6 18,4 15,2 15,1

1,0-0,5 0-10 10-20 16,5 21,3 17,7 20,2 15,9 22,4 17,4 19,1 16,9 20,7 13,3 17,8 18,4 22,3 14,3 19,9 16,7 17,9 15,7 19,5

0,5-0,25 0-10 10-20 20,1 22,3 20,1 21,6 18,6 23,2 18,9 19,9 19,4 21,7 19,8 21,6 18,3 25,8 19,4 24,0 16,7 20,9 18,5 23,1

0,25-1,0 0-10 10-20 36,6 43,6 37,8 41,8 34.5 45.6 36,3 39,0 36.3 42.4 33,1 39,4 36,7 48,1 33,7 43,9 33,4 38,8 34,2 42,6

<0,25 0-10 10-20 41,3 40,2 36.5 38.6 39,6 37,4 40,0 40,3 39,3 39,1 38,1 37,6 34,6 37,8 31,6 35,2 33,9 32,5 34,5 35,8

5. Содержание углерода гумусовых веществ по фракциям агрегатов при сухом и мокром просеивании, %

Размер агрегатов, мм Сухое просеивание Мокрое просеивание

С ОБЩ. СОБЩ. в 0,1н ШОИ СГ.К. в 0,1н ШОИ СФ.К в 0,1н ШОИ СЛОВ в 0,1м ^РА С ОБЩ. СОБЩ. в 0,1н ШОИ СГ.К. в 0,1н ШОИ СФ.К в 0,1н ЫаОИ СЛОВ в 0,1м ^РА

<0,25 0,25-0,5 0,5-1,0 НСР05 1,42 1,63 1,42 ИГ < И 0,210 0,232 0,215 0,008 0,140 0,162 0,134 0,015 0,070 0,070 0,081 ИГ < И 0,616 0,657 0,487 0,053 1,30 1,51 1,69 0,12 0,213 0,245 0,288 0,038 0,147 0,162 0,178 ИГ < И 0,007 0,094 0,116 И" < И 0,356 0,458 0,558 0,031

в слое 10—20 см — 42,4 и 42,6% соответственно. Содержание микроагрегатов (<0,25 мм) по слоям пахотного горизонта было одинаковым. При ежегодной вспашке оно составляло 39,3 и 39,1%, по безотвальной системе обработки почвы — 34,5 и 35,8% соответственно.

Содержание водопрочных агрегатов размером 0,25—1,0 мм в пахотном слое по отвальной и безотвальной системам обработки почвы в среднем по опыту было одинаковым, как в паровом поле (36,6 и 37,6% в слое 0—20 см), так и после уборки озимой ржи (36,3 и 34,2% в слое 0—10 мм и 42,4 и 42,6% в слое 10—20 см). Это даёт нам основание утверждать, что влияние систем обработки почвы на водопрочный состав пахотного слоя в

паровом поле и через год после парования было несущественным, что не противоречит результатам, полученным Н.В. Перфильевым [4].

Определение качественного состава водопрочных агрегатов показало, что по мере увеличения их размера (<0,25 >0,25 —0,5>0,5—1,0 мм) возрастало в них и процентное содержание углерода общего гумусового вещества (1,30> 1,51 > 1,69%). Соответственно увеличивалось и содержание углерода активной части гумуса в вытяжке 0,1 н раствора №ОН и лабильной (СЛОВ) в вытяжке 0,1 М раствора Ш4Р207 соответственно (0,213 >0,245 >0,288%) и (0,356>0,458 >0,558%) (табл. 5). Подобный анализ агрегатов от сухого просеивания не выявил ожидаемой закономерности. Наибольшее содержание

гумусовых веществ было отмечено во фракции агрегатов размером 0,25-0,5 мм. Углерод лабильного гумусового вещества (СЛОВ) преобладал в более мелких агрегатах <0,25 и 0,25-0,5 мм - 0,616 и 0,657%. В агрегатах размером 0,5-1,0 мм СЛОВ составляло 0,487%.

Выводы. Поверхностная заделка навоза, активизируя биологическую активность почвы за счёт поступления в почву несвойственных ей активных штаммов микроорганизмов, приводит к биологическому разрушению (распаковке) более крупных структурных агрегатов с увеличением содержания пылевидной фракции. При этом увеличивается содержание углерода лабильного гумусового вещества - основного источника питания растений. При запашке навоза трансформация его происходит в анаэробных условиях, что положительно влияет на структурный состав почвы.

Влияние системы обработки почвы (отвальной, безотвальной) на водопрочность пахотного слоя в паровом поле и через год после уборки озимой ржи было несущественным.

Выявлено, что с увеличением размера водопрочных агрегатов (<0,25 > 0,25-0,5 >0,5-1,0 мм) увеличивается в них и процентное содержание углерода

общего гумусового вещества (1,30 > 1,51 > 1,69%), содержание углерода активной части гумуса в вытяжке 0,1 н раствора ШОН (0,213 >0,245>0,288%) и лабильной (СЛОВ) в вытяжке 0,1 М раствора Ш4Р2О7 (0,356 >0,458 >0,558%).

Литература

1. Вильямс В.Р. Почвоведение. Земледелие с основами почвоведения. М.: Гос. изд-во с.-х. лит-ры, 1949. 471 с.

2. Докучаев В.В. Избранные сочинения. М.: Сельхозгиз, 1954. 680 с.

3. Макаров В.И., Глушков В.В. Приёмы обработки почвы под ячмень // Земледелие. 2010. № 6. С. 19-20.

4. Перфильев Н.В. Изменение структуры тёмно-серой лесной почвы при воздействии различных систем основной обработки // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 5. С. 14-17.

5. Белюченко И.С., Славгородская Д.А. Изменение агрегатного состояния чернозёма обыкновенного при внесении органо-минерального компоста // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. № 4. С. 23-25.

6. Голдштайн В., Боинчан Б. Ведение хозяйства на экологической основе в лесостепной и степной зонах Молдовы, Украины и России. М.: Эко Нива, 2000. 272 с.

7. Черкасов Г.Н., Масютенко М.Н., Кузнецов А.В. Влияние системы обработки почвы, вида севооборота и экспозиции склона на агрофизические свойства чернозёма типичного ЦЧЗ // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 1. С. 17-20.

8. Дринча В.Н. Технологические проблемы производства зерна // Земледелие. 2000. № 4. С. 6-7.

9. Рядчиков В.Г. Тенденция производства калорий белка и лизина в мировом земледелии // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2002. № 1. С. 46-49.

Засуха в Оренбуржье: причины и прогнозы

Н.А. Максютов, д.с.-х.н., профессор, А.А. Зоров, к.с.-х.н., ФГБНУ Оренбургский НИИСХ

На вопрос, почему участились засухи в Оренбуржье, до конца нельзя ответить, но многие факторы, влияющие на урожайность сельскохозяйственных культур во время засухи, можно объяснить на примере проведённого нами длительного стационарного опыта почти за 30 лет.

Материал и методы исследования. В опыте изучали практически полный набор сельскохозяйственных культур, которые возделываются в производстве: озимые, ранние яровые зерновые и зернобобовые культуры, поздние и основные кормовые культуры. Все эти культуры возделываются на площади 20 га с одинаковым плодородием почвы, с одинаковым количеством выпадающих осадков, идентичными сроками сева и уборки урожая и т.д. Поэтому, на наш взгляд, оценка продуктивности сельскохозяйственных культур в зависимости от различных факторов в данном случае является объективной.

Исследования ведутся в длительном стационарном опыте по севооборотам и бессменным посевам сельскохозяйственных культур с 1990 г. в ОПХ им. Куйбышева Оренбургского НИИСХ. Изучаются 16 видов шестипольных севооборотов с чистыми, почвозащитными и сидеральными парами на двух фонах питания.

Почва опытного участка - чернозём южный карбонатный малогумусный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в пахотном слое 0-30 см составляет 3,2-4,0%, общего азота - 0,20-0,31%, общего фосфора - 0,14-0,22%, подвижного фосфора - 1,5-2,5 мг, обменного калия - 30-38 мг на 100 г почвы, рН почвенного раствора - 7,0-8,1. Наименьшая полевая влагоёмкость в слоях почвы 0-100 см, 0-150 см составляет 297 мм (27,1%) и 389 мм (25,4%) соответственно.

Среднемноголетнее количество выпавших осадков за сельскохозяйственный год равно 367 мм, за вегетационный период - 155 мм, среднегодовая температура воздуха - 3,6°С выше 0.

Результаты исследования. Основными факторами, влияющими на урожайность сельскохозяйственных культур, являются количество выпавших осадков и температура воздуха в вегетационный период, который для озимых приходится в основном на апрель - май, для ранних яровых зерновых культур - на июнь - июль, для поздних - на июль - август. Эти сроки практически решают судьбу урожая.

Главным образом засуха проявляется в этот период при дефиците осадков и высокой температуре воздуха. Сочетание этих факторов может свести на нет урожайность даже при наличии хороших весенних запасов влаги в почве. Решающим фактором в этом отношении, особенно за последние