Агрохимия, 2022, № 2, стр. 3-12

ВВЕДЕНИЕ

Большая протяженность Забайкальского края в широтном и меридианном направлениях, сильная расчлененность рельефа, особенности климатических условий, неоднородный характер растительности и значительное разнообразие горных пород обусловили формирование очень сложного и различного по характеру почвенного покрова. В связи с этим почвенный покров слагают самые различные типы почв: от горно-тундровых до каштановых [1–27]. Особенности провинциальных типов этих почв заключены в маломощности гумусовых горизонтов, близком залегании горных коренных пород, довольно высокой степени скелетности профиля, отсутствии в профиле почв гипса и белоглазки, характерных для степных почв западного региона, в слабой интенсивности микробиологических процессов в весенне-летний период [3].

В пахотном фонде Забайкальского края значительные площади занимают малокарбонатные черноземы (low carbonate chernozem), которые формируются под лугово-степной растительностью, по географическому положению среди почв черноземного типа они аналогичны черноземам оподзоленным и выщелоченным. Рассматриваемые почвы отличаются от других подтипов черноземов отсутствием сплошного карбонатного горизонта, вскипание наблюдается только в нижней части профиля, на отдельных участках. Они наиболее широко распространены в восточных районах Забайкалья [5, 21].

В гранулометрическом составе малокарбонатные черноземы (low carbonate chernozem) имеют высокое содержание песка и пыли. Наличие крупных фракций щебня и хряща влияет на водно-физические и химические свойства почвы. Структурно-агрегатное состояние обусловлено подверженностью легких почв ветровой эрозии. Содержание гумуса в пахотном слое меняется от 2–3 до 5%. Почвенный гумус беден гуминовыми кислотами. Отношение содержания гуминовых кислот и фульвокислот в подпахотном горизонте снижается до 0.41%. Отношение С : N составляет 10–12, это является следствием бедности почв азотом, содержание подвижного фосфора – недостаточное (свыше 50% фосфора в групповом составе содержится в органической форме), обменного калия – среднее. Малокарбонатные черноземы (low carbonate chernozem) содержат очень мало легкорастворимых соединений. Величина плотного остатка изменяется от 0.04 до 0.10%. Обедненность водорастворимыми соединениями послужило основанием их названия “черноземы промытые” [24].

Повышение плодородия исследованных почв невозможно без внесения органического вещества. Учитывая острый дефицит органических удобрений, важнейшими мерами, направленными на восстановление, поддержание и увеличение почвенного плодородия, является использование почвозащитных технологий обработки почвы, многолетних трав, сидеральных и парозанимающих культур, запашки соломы зерновых в полевых севооборотах [7, 10–16, 19, 20]. Цель работы – изучение влияния длительного применения элементов биологизации на основные показатели плодородия почвы и продуктивность севооборота на малогумусном малокарбонатном черноземе Забайкалья.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевые агротехнические опыты проведены в стационарном 4-польном полевом севообороте (пар–пшеница–овес–однолетние травы (овес)), где изучали различные виды пара: чистый ранний отвальный, чистый ранний плоскорезный, занятый, сидеральный с внесением и без внесения соломы пшеницы, чистый ранний отвальный пар после многолетних трав (костреца 4-го года пользования). В занятом и сидеральном пару использовали редьку масличную.

Климат зоны – резко континентальный с малоснежной холодной зимой, жарким летом и недостатком атмосферных осадков. Продолжительность безморозного периода – 90–110 сут. Сумма положительных температур >10°С составляет 1500–1800°С. Годовая сумма осадков – 330–380 мм, основное их количество (85–90%) выпадает в теплый период, максимальное – в июле–августе, минимальное – в мае–июне.

В условиях Забайкалья критический период при возделывании зерновых культур – кущение–выход в трубку – приходится на конец мая–первую половину июня. Этот период за годы исследования был типичным для местности (ГТК вегетационного периода 0.8–0.9), в 1999, 2001, 2003 гг. – даже в сторону ужесточения с резким недостатком почвенной и атмосферной влаги (ГТК вегетационного периода 0.4–0.6) [3].

Почва опытного участка – чернозем малогумусный малокарбонатный (low carbonate chernozem), маломощный легкий суглинок. Обеспеченность растений подвижными формами фосфора и калия – средняя, комковатость почвы – ниже порога устойчивости к ветровой эрозии.

Повторность опыта трехкратная, посевная площадь делянки – 0.1 га, расположение вариантов – рандомизированное. Поля в севообороте располагались как в пространстве, так и во времени. Приемы основной обработки почвы представлены в схеме опыта (табл. 1).

Культуры в севообороте возделывали по общепринятой в зоне агротехнике, основную обработку почвы проводили согласно схеме опыта. Для посева использовали семена районированных сортов: яровая пшеница – сорт Бурятская 79, овес на зерно и зеленый корм – сорт Золотой дождь, с нормой высева культур соответственно – 5.0, 5.0, 5.5 млн всхожих зерен/га. Срок посева яровой пшеницы – 2-я декада мая, овса на зерно – 3-я декада мая, овса на зеленую массу – 3-я декада июня. Минеральные удобрения вносили одновременно с посевом из расчета N30P30 – под пшеницу, овес, однолетние травы и N12P52 – под редьку масличную.

В качестве парозанимающей культуры высевали редьку масличную сорта Тамбовчанка. Подготовка почвы под занятые и сидеральные пары заключалась в основной обработке плугом ПН-4-35 на глубину 20–22 см в первой декаде мая, предпосевной культивации КПЭ-3,8 и прикатывания ЗККШ-6А. Посев проводили во 2-й декаде мая на глубину 5–6 см, нормой высева 3.0 млн всхожих семян/га. При посеве с семенами вносили минеральные удобрения в соотношении 1:3. В занятых парах редьку масличную убирали на корм, в сидельных – использовали на зеленое удобрение. Биологическую массу запахивали в период массового цветения (в конце июля).

Солому пшеницы вносили в севооборотах с занятым, сидеральным и чистым плоскорезным паром. Запашку соломы проводили после уборки пшеницы плугом ПН-4-35 на глубину 20–22 см с компенсацией азотных удобрений (N15). В опыте применяли неизмельченную солому (1/75 т/га) [3].

Экспериментальная работа выполнена в соответствии с методическими указаниями по проведению полевых опытов с зерновыми и кормовыми культурами. В исследовании использовали апробированные методики: методика полевого опыта [8], методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур [17], агрофизические методы исследования почв [2], агрохимические методы исследования почв [1].

Содержание нитратов в почвах определяли ионометрическим экспресс-методом (ГОСТ 26951-86), фосфор и калий – по методу Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-84), органическое вещество – по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91, п. 1) [18], биологическую активность почвы – методом льняных полотен по Мишустину–Петровой, определение углекислого газа – методом Штатного [4, 6].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Показали, что редька масличная, выращиваемая в полевых севооборотах после однолетних трав при достаточной влагообеспеченности пахотного слоя почвы может формировать урожайность зеленой массы до 22.5, сбор сухого вещества – 2.4 и оставлять в почве корневых и стерневых остатков до 2.9 т/га. В менее благоприятные по влагообеспеченности годы урожайность ее снижалась до 13.5–17.0, сбор сухого вещества – до 1.50–1.90, поступление корневых и стерневых остатков – до 1.42–1.82 т/га.

Учет количества поступавшего в почву сухого вещества показал, что в сидеральном пару внесено: органического вещества с надземной массой и корневыми остатками редьки масличной – 2.9 т/га, азота – 58.1, фосфора – 11.4, калия – 56.3 кг/га; в занятом пару – 1.3 т/га и 22.5, 4.2, 25.5 кг/га; после многолетних трав – 2.15 т/га и 25.8, 1.1, 12.5 кг/га; с соломой пшеницы – 1.75 т/га и 16.4, 1.9, 16.6 кг/га соответственно (табл. 2).

Существенное обогащение почвы органическим веществом в виде зеленой массы, корневых и стерневых остатков, а также соломы зерновых культур на фоне минеральных удобрений позволило в течение 2-х ротаций зернопарового севооборота снизить дефицит баланса гумуса в севообороте с занятым паром на 0.75, занятым паром + солома – на 1.15, сидеральным – на 0.91, сидеральным + солома – на 1.30, плоскорезным + солома – на 0.43 т/га (в севообороте с чистым отвальным паром дефицит баланса гумуса составил –2.84 т/га).

Установлено, что запашка сидерата, корневых и стерневых остатков, плоскорезная обработка и внесение соломы пшеницы оказали существенное влияние на содержание органического вещества (табл. 3). В 1-й ротации севооборота достоверное превышение к исходному показателю в пахотном слое почвы составило от 0.13 до 0.38%, во 2-й – от 0.17 до 0.52% (исходный показатель – 2.40%). В нижнем подпахотном горизонте достоверное превышение получено только после занятого и сидерального пара (в 1-й ротации – 0.28–0.39%, во 2-й – 0.41–0.50% при исходном показателе – 2.20%).

Результаты исследования подтвердили мнение многих исследователей об отвальной обработке парового поля как факторе интенсивного использования потенциального плодородия почв, где процессы распада органического вещества преобладают над синтезом [9, 12]. В этом варианте по сравнению с исходными показателями в изученных слоях почвы было отмечено снижение содержания органического вещества: в 1-й ротации – на 0.12 и 0.19%, во 2-й – на 0.17 и 0.22% соответственно.

Биологическую активность почвы определяли в посевах пшеницы с помощью льняной тестовой ткани и продуцированию углекислого газа (табл. 4). Наблюдение за динамикой выделения СО₂ в посевах пшеницы в период вегетации показало, что более активное ее выделение было при наличии высоких запасов влаги и органического вещества. В течение всего вегетационного периода лучшей влагообеспеченности посевов пшеницы после плоскорезного и занятого пара в слое 0–50 см (24.8–27.1 мм) соответствовали более высокие показатели выделения СО₂ (1.56–1.66 кг СО₂/га/ч). Низкое содержание влаги под посевами пшеницы после сидерального пара сдерживало биологическую активность (1.360 кг СО₂/га/ч).

Корреляционная зависимость степени распада льняной ткани от объемной массы и влажности почвы в значительной степени определялась условиями года. В 1997 г., благоприятном по выпадению и распределению осадков, между степенью разложения ткани и содержанием влаги в почве имела место прямая зависимость (R = 0.92 ± ± 0.13) и обратная – с объемной массой (R = –0.57 ± ± 0.21). При неравномерном распределении осадков (1998, 2000, 2001 гг.) распад ткани в большей степени был обусловлен влажностью почвы (R = = 0.70 ± 0.15, 0.78 ± 0.14, 0.46 ± 0.24) и в меньшей – объемной массой (R = 0.12 ± 0.09, –0.13 ± 0.14, ‒0.44 ± 0.21) соответственно. В 2002 г. при остром дефиците влаги во второй половине вегетации распад ткани во всех вариантах имел очень низкие показатели и существенно не различался – 9.1–12.4%. Расчеты взаимосвязи продуцирования углекислого газа и влаги в период вегетации показали, что увеличение выделения CO₂ было обусловлено изменением содержания влаги в почве. В посевах пшеницы наиболее тесную взаимосвязь наблюдали в начальный период вегетации (R = 0.56 ± 0.14), в период колошения и в конце вегетации корреляционная связь была незначительной (R = 0.28 ± 0.11, 0.29 ± 0.24 соответственно). Количество нитратов в почве под посевами пшеницы было тесно сопряжено с количеством выделившегося углекислого газа (R = 0.87 ± 0.21).

Улучшение биологических показателей плодородия почвы сопровождалось позитивными изменениями ее агрофизических свойств. Использование сидеральных, занятых паров и соломы способствовало увеличению структурной фракции почвы по отношению к чистым парам на 2–13% и повышению коэффициента структурности на 0.13–0.31 и 0.18–0.36 соответственно. Плоскорезная обработка в севообороте способствовала увеличению глыбистой фракции, особенно в засушливые годы и снижению коэффициента структурности до 1.21 (табл. 5).

Макроструктура во многом определяет и другие физические свойства почвы, в частности, ее объемную массу. Показано, что процесс уплотнения был выражен тем ярче, чем хуже структура почвы (R = –0.75 ± 0.18). В период парования запашка сидерата, корневых и стерневых остатков приводила к снижению объемной массы по сравнению с чистыми парами в слое 0–30 см почвы на 0.14–0.15 г/см³. В этих же пределах различались показатели в изученных слоях (0–10, 10–20, 20‒30 см) почвы. Разница объемной массы почвы с занятым паром составила от 0.01 до 0.04 г/см³ (табл. 6).

Плотность почвы, созданная осенью в паровых полях, сохраняла свои различия и перед посевом пшеницы: в чистых парах в слое 0–30 см – 1.33–1.35, в сидеральном и занятом пару – 1.24–1.24 г/см³. Действие сидерации прослежено в 3-м и 4-м полях севооборота. Более высокая плотность в слое 10–20 см (1.41–1.50 г/см³) отмечена под посевами пшеницы после плоскорезного пара.

Со структурой почвы тесно связана влажность почвы. Лучшим предшественником для яровой пшеницы в отношении накопления влаги в почве в условиях Забайкальского края считается чистый пар. Установлено, что количество влаги в почве, накопленной за период парования, заметно различалось в зависимости от вида пара и зависело от условий года. В благоприятные 1996 и 2001 гг. по запасам влаги в слое 0–50 см (38.8–46.0 мм) преимущество имел сидеральный пар с редькой, в условиях засушливой 2-й половины парования (1997, 1998, 2000, 2002 гг.) выделялись чистый плоскорезный и занятый пар (22.7–40.2 мм). В острозасушливом 2003 г. выделялся чистый отвальный пар (79.5 мм). Лучшая влагообеспеченность посевов пшеницы в период вегетации в слое 0–20 см (8.2–11.2 мм) и в слое 0–50 см (29.2–31.8 мм) отмечена после плоскорезного и занятого пара.

В условиях короткого безморозного периода наличие доступных форм основных элементов питания в почве, является одним из главных условий высокой продуктивности агроценозов. В нашем исследовании состояние азотной обеспеченности почвы оценивали по количеству продуцируемых нитратов, содержание которых в большей степени зависело от поступления органического вещества, условий увлажнения и особенностей температурного режима исследованной почвы. Установлено, что наибольшую активность микробиологической деятельности в почве по сравнению с чистым отвальным паром наблюдали в занятом, сидеральном и плоскорезном парах с внесением соломы пшеницы (табл. 7). В среднем за вегетационный период увеличение содержания нитратов составило: в паровом поле – на 1–2, посевах пшеницы – на 9–11, овса – на 2–8, однолетних трав – на 4–15 мг/кг почвы. В отвальном пару, в следствие малого поступления органического вещества с корневыми и стерневыми остатками и низких показателях коэффициента структурности, содержание нитратов было меньше – 23–24 мг/кг почвы. Последствия сидерации отмечены во всех полях севооборота. В целом в севообороте обеспеченность нитратами была низкой.

Аналогичные результаты получили и для содержания подвижного фосфора. Во всех полях севооборота достаточно четко проявились положительное влияние последействия сидерации и внесения соломы пшеницы (табл. 8). В среднем за вегетационный период повышение содержания подвижного фосфора в варианте чистого отвального пара составило: в паровом поле – 10–17, в посевах пшеницы – 13–18, овса – 8–13, однолетних трав – 8–18 мг P₂O₅/кг почвы. В вариантах с отвальной обработкой почвы соответственно содержалось 64, 74, 86 и 76 мг P₂O₅/кг почвы.

Содержание обменного калия в паровых полях севооборота находилось на уровне исходных показателей – 68.7 мг/кг почвы, под посевами пшеницы, овса и однолетних трав преимущество по данному показателю имели варианты с плоскорезным, занятым и сидеральным паром (на 6–11, 5–13, 5–9 мг/кг почвы соответственно) (табл. 9).

Средообразующее влияние различных видов паров на урожайность пшеницы было обусловлено главным образом различием водно-физических свойств, питательного режима и биологической активностью почвы. Лучшим предшественником для пшеницы в севообороте был чистый плоскорезный пар (урожайность зерна – 1.62 т/га), но в сравнительно благоприятные годы и в годы с преимущественным выпадением осадков во 2-й половине вегетации преимущество имели занятый и плоскорезный пар с соломой (1.71–2.04 т/га). Преимущество занятого и сидерального пара выразилось в последействии на 2-ю и 3-ю культуры севооборота. Разница к чистому отвальному и плоскорезному пару составила: урожайности зерна овса – 0.37–0.5, 0.24–0.56 т/га, урожайности зеленой массы однолетних трав – 1.1–1.6, 0.4–0.9 т/га, сбора сухого вещества – 0.6–0.8, 0.3–0.5 т/га, кормовых единиц (к.е.) – 0.5–0.62, 0.32–0.44 т/га соответственно [22, 23, 25–27].

Расчеты экономической эффективности различных видов пара в полевом севообороте показали, что сумма затрат на подготовку 1 га чистых паров была меньше занятого и сидерального паров. Существенная разница в затратах обусловлена главным образом дополнительными расходами на выращивание сидеральной и парозанимающей культуры (ГСМ, удобрения, семена, уборка, транспортные расходы). При стоимости 2.0 руб./к.е. все варианты пара, за исключением сидерального пара в чистом виде и с внесением соломы, обеспечили получение условного чистого дохода и рентабельность производства. Наибольший выход кормовых единиц с 1 га севооборотной площади – 1.75–2.07 т при рентабельности 16–18% получен в вариантах занятого пара и плоскорезного с внесением соломы зерновых культур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Увеличение продуктивности полевого севооборота при одновременном повышении плодородия пахотных глубокопромерзающих малогумусных малокарбонатных черноземов (low carbonate chernozem) Восточного Забайкалья невозможно без использования органических удобрений в виде сидерации, почвозащитной обработки почвы и соломы зерновых культур.

Сидеральный, занятый, плоскорезный пар и внесение в почву соломы пшеницы существенно повысили содержание органического вещества в пахотном слое почвы к исходному показателю (2.40%): в 1-й ротации севооборота – на 0.13–0.38, во 2-й – на 0.17–0.52% (в отвальном пару произошло снижение его содержания на 0.12 и 0.17% соответственно). Продуцирование углекислого газа в этих вариантах увеличилось до 1.44–1.66 кг/га/ч (в отвальном пару – 1.263 кг/га/ч).

Улучшение биологических показателей почвы сопровождалось позитивными изменениями ее агрофизических и агрохимических свойств: коэффициент структурности к варианту чистых паров повысился на 0.37–0.89 ед., содержание нитратов в полях севооборота – на 1–2 и 9–11 мг/кг почвы, подвижного фосфора – на 8–10 и 13–18, обменного калия – на 5–6 и 9–13 мг/кг почвы. Наибольший выход кормовых единиц – 1.75–2.07 т/га при рентабельности 16–18% получен в вариантах занятого пара и плоскорезного с внесением соломы пшеницы.