Агрохимия, 2023, № 4, стр. 11-18

ВВЕДЕНИЕ

Переход на ресурсосберегающие, почвозащитные технологии возделывания сельскохозяйственных культур – одно из основных направлений совершенствования систем земледелия. Анализ факторов влияния показал, что обработка почвы и удобрения имеют ведущее зачение в приемах регулирования и воспроизводства плодородия почвы [1]. Установлено, что при возделывании сахарной свеклы ее урожайность на 51% зависела от погодных условий в августе и сентябре. Содержание питательных веществ в почве при увеличении увлажнения увеличивалось в 2 и более раза, а урожайность – с 24.9 до 41.2 ц/га [2]. Эффективность их применения определяется совокупным положительным влиянием на свойства почвы в севообороте, а периодическое сочетание отвальной обработки почвы с безотвальным рыхлением обеспечивает создание оптимального пахотного слоя почвы, благоприятного для большинства возделываемых сельскохозяйственных культур [3–5].

Минеральные удобрения являются эффективным способом повышения урожайности сельскохозяйственных культур, однако они оказывают существенное влияние на гумусовое состояние, питательный режим, биологическую активность и, как следствие, физико-химические свойства почвы [5–7].

Изменение физико-химических и питательных свойств почвы происходит в том числе и при сельскохозяйственном использовании почвы, выпадении кислотных дождей. Известкование кислых почв способно возвратить почве ее оптимальную реакцию [8–10].

Важную роль в формировании оптимальных свойств почвы играет способ ее обработки [11–13]. Исследователями отмечено снижение буферности чернозема при экстенсивных методах производства зерна [14, 15]. Установлено, что глубокая отвальная обработка почвы значительно улучшает физико-химические свойства как черноземов, так и серой лесной почвы [16, 17]. Интенсивнее это происходит при применении ярусной вспашки [18]. Исследования, проведенные в стационарных опытах, доказали, что минимизация обработки почвы приводит к снижению буферности почв [19]. Однако некоторые исследования свидетельствуют о равнозначном влиянии различных обработок почвы на ее физико-химические свойства [20, 21]. Недостаточность и противоречивость информации о влиянии обработок почвы на ее свойства выдвигает необходимость поиска оптимизации агротехники возделывания культур в ЦЧР. Цель работы – изучение некоторых физико-химических свойств чернозема выщелоченного при различной обработке почвы и применении удобрений в севообороте ЦЧР.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили в паровом звене 9‑польного плодосменного севооборота со следующим чередованием культур: черный пар, озимая пшеница, сахарная свекла, ячмень с подсевом клевера, клевер на 1 укос, озимая пшеница, сахарная свекла, однолетние травы, кукуруза на зеленый корм.

Схема обработки почвы:

А – контроль, разноглубинная отвальная обработка под все культуры севооборота: под зерновые культуры и травы – на глубину 20–22 см, под черный пар и кукурузу – на 25–27 см, под сахарную свеклу – улучшенная зябь (дисковое лущение на глубину 8–10 см, лемешное или плоскорезное лущение – на 12–14 см и вспашка на 30–32 см);

Г – безотвальная (плоскорезная) обработка под все культуры: под черный пар и кукурузу – на глубину 25–27 см, под зерновые культуры и травы – на 20–22 см, под сахарную свеклу – по схеме улучшенной зяби на 30–32 см;

Д – комбинированная обработка: безотвальная (плоскорезная) под озимую пшеницу после клевера на 14–16 см, под ячмень и однолетние травы – на 20–22 см, отвальная обработка под черный пар и кукурузу – на 25–27 см, под сахарную свеклу – на 30–32 см по схеме улучшенной зяби.

Удобрения вносили под основную обработку почвы по схеме:

1 – контроль без удобрений, 2 – ежегодно навоз 50 т/га в черном пару и навоз 50 т/га под сахарную свеклу в звене с клевером. Минеральные удобрения: под озимую пшеницу в звене с клевером N60P60K60, под сахарную свеклу в звене с черным паром – N160P160K160, в звене с клевером – N150P150K150, под ячмень – N40P40K40, под однолетние травы и клевер – N20P20K20, под кукурузу – N80P80K80. Всего было внесено 11 т навоза и N59P59K59 на 1 га севооборотной площади. В качестве минерального удобрения вносили нитроаммофоску (16 : 16 : 16).

Почва – чернозем выщелоченный малогумусный среднемощный тяжелосуглинистый, с содержанием гумуса в пахотном слое 5.3–5.6%, со средним уровнем обеспеченности NPK и оптимальными агрофизическими свойствами [5]. Опыт стационарный многофакторный (год закладки – 1985). Размер делянки для обработки почвы составил 121 м², для внесения удобрений – 112 м², учетной – 20 м². Повторность трехкратная, размещение делянок – методом расщепленных блоков.

Количество осадков за вегетационные периоды 1985–1986 гг. составило 300 мм, ГТК – 1.2, за 2006–2008 гг. – 287 мм и 1.0, за 2019–2021 гг. – 186 мм и 0.7 соответственно.

Полевые и лабораторные исследования выполнены в соответствии с методическими рекомендациями в длительных полевых стационарных опытах.

В опыте использовали: плуг общего назначения ПН-4-35 и оборотный плуг ПНО-3-35 (с 2019 г.), плоскорез КПГ-250, дисковый лущильник ЛДГ-10 и дисковую борону БДТ-3 и БД-3,2-2 (с 2019 г.), разбрасыватели минеральных удобрений МВУ-5, РУМ-500 (с 2015 г.), при этом за годы проведения опыта технология обработки почвы существенно не претерпевала изменений.

В опыте возделывали районированные сорта и гибриды: в 2006–2008 гг. – озимую пшеницу сорта Безостая 360, сахарную свеклу гибрид РМС 73, в 2019–2021 гг. – сорт Крастал и гибрид РМС 121 соответственно.

В почвенных образцах определяли: рН – потенциометрическим методом (ГОСТ 26483-85), гидролитическую кислотность – по Каппену (ГОСТ 26212-91), сумму поглощенных оснований – по Каппену–Гильковицу (ГОСТ 27821-88), степень насыщенности почвы основаниями и емкость поглощения – расчетным методом [22]. Статистическая обработка данных проведена по [23].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Перед закладкой опыта на старопахотном поле были проведены уравнительные посевы. Почва характеризовалась среднекислой реакцией среды. Величина рН$_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}$ составила в пахотном слое почвы 5.65 ед., гидролитической кислотности – 5.56 ммоль-экв/100 г почвы, сумма поглощенных оснований – 24.2 ммоль-экв/100 г почвы, степень насыщения – 81% (табл. 1). После 3-х ротаций севооборота в 2006–2008 гг. во всех вариантах произошло подкисление почвы. Величина рН$_{{{{{\text{Н}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}}}$ составила в пахотном слое 5.52–5.60, рН_KCl – 4.55–4.81. Особенно сильно подкисление проявилось при безотвальной обработке почвы, где показатель без удобрений составил 4.69 ед., с их применением – 4.55. Кислотность подпахотного слоя была близка к нейтральной и составила 5.65–5.71 ед. Внесение удобрений привело к еще большему подкислению. При разноглубинной отвальной обработке без удобрений рН_KCl составил в слое 0–30 см – 4.74, в слое 30–50 см – 4.91. При применении удобрений показатель был равен 4.64 и 4.73 соответственно. Обменная кислотность в пахотном слое составляла 4.55–4.81, в подпахотном – 4.69–5.02. Различия между показателями были несущественными.

Подкисление пахотного слоя при безотвальной обработке почвы происходит как в связи с возрастанием содержания углекислого газа в составе почвенного воздуха, так и с увеличением количества кислых продуктов трансформации растительных остатков, метаболизма микроорганизмов в верхнем, аэрируемом слое почвы [24, 25]. Удобрения при такой обработке перемешиваются в меньшем объеме почвы. Напротив, перемешивание большего объема почвы (вспашка при отвальной разноглубинной и комбинированной обработках) снижает кислотность и улучшает ее физико-химические свойства. При отвальной разноглубинной и комбинированной обработках почвы происходило увеличение содержания валового гумуса на 0.02–0.09% и его активных форм в 1.1–1.4 раза, что также является фактором улучшения физико-химических свойств почвы [26]. Изменения кислотно-основных свойств чернозема связаны с заменой иона кальция ионом водорода в почвенном поглощающем комплексе вследствие поглощения сахарной свеклой ионов Ca²⁺, применением физиологически кислых удобрений, выпадения кислотных дождей [11, 27]. Комбинированная обработка в большей степени, чем безотвальная сдерживала снижение суммы обменных катионов.

Исследования, проведенные в 4-й ротации севооборота, показали изменение направленности кислотно-восстановительных процессов в почве. Величина pH_KCl под посевами сахарной свеклы составила в пахотном слое 4.88–4.93, в подпахотном – 4.93–4.98 ед., озимой пшеницы – 4.83–5.15 и 4.89–5.38 соответственно, что свидетельствовало о положительном влиянии севооборота и отвальной разноглубинной обработки почвы. Гидролитическая кислотность в почве под посевами сахарной свеклы в пахотном слое понижалась на 9–30% без удобрений, и на 23–36% при их применении по сравнению с ее величиной во 2-й ротации севооборота и составила 4.94–5.50 ммоль-экв/100 г почвы. Более низкие показатели отмечены при разноглубинной отвальной обработке с применением удобрений, более высокие – при безотвальной обработке.

Под посевами озимой пшеницы при применении удобрений гидролитическая кислотность увеличивалась в большей степени, чем при возделывании сахарной свеклы, особенно при безотвальной обработке, где в слое 0–30 см она составила 7.05 ммоль-экв/100 г почвы.

Сумма поглощенных оснований увеличивалась от 3-й ротации к 4-й. Под посевами сахарной свеклы в 2006–2008 гг. при безотвальной обработке с внесением удобрений она составляла 24.6 ммоль-экв/100 г почвы, в последующем в 2019–2021 гг. – 26.8 ммоль-экв/100 г почвы. Сумма поглощенных оснований в почве под посевами озимой пшеницы была ненамного больше, чем под посевами сахарной свеклы (24.5–27.2 ммоль-экв/100 г почвы). Подтверждено, что разноглубинная отвальная обработка почвы больше, чем другие обработки, способствовала сохранению содержания оснований в почвенном поглощающем комплексе.

Емкость поглощения оснований составила в пахотном слое под посевами сахарной свеклы 29.1–31.7, под посевами озимой пшеницы – 30.5–32.0 ммоль-экв/100 г почвы, что свидетельствовало о незначительном влиянии агротехники возделывания культур на этот показатель.

Степень насыщенности основаниями в пахотном слое под посевами озимой пшеницы варьировала от 77 до 83, в подпахотном слое – от 80 до 85%. Под посевами сахарной свеклы данный показатель более стабилен: в пахотном слое он увеличивался и составил 83–84, в подпахотном – 83–85%. Значительные показатели насыщенности почвы основаниями были характерны для отвальной обработки почвы в контроле.

За годы исследования произошло изменение буферности чернозема. При закладке опыта кривая буферности имела пологий вид в кислотном интервале и более резкая – в щелочном. Например, при добавлении 12 мл 0.1 н. НСl рН почвы составил 3.28 ед., при добавлении 12 мл 0.1 н. NaOH – 9.62 ед. (табл. 2).

В 2006–2008 гг. отмечено снижение величины рН как в кислотном интервале (при добавлении 12 мл 0.1 н. НСl до 3.06 ед.), так и в щелочном (до 9.28 ед.). Самой низкой буферностью характеризовалась почва при безотвальной обработке без удобрений, где при добавлении щелочи величины рН были максимальными.

При применении удобрений буферность почвы снижалась при всех обработках почвы. Более резкое снижение отмечено при безотвальной обработке, а большая буферность почвы была при разноглубинной отвальной обработке. В 2019–2020 гг. установлено увеличение величины рН в кислотном интервале и его снижение в щелочном интервале по сравнению с предыдущим сроком определения. Например, при разноглубинной отвальной обработке и применении удобрений величина рН в кислотном интервале составила в 2006–2008 гг. 3.06, 3.75 и 4.34 ед., в 2019–2020 гг. – 3.10, 3.78 и 4.38 ед. соответственно.

Урожайность озимой пшеницы во 2-й ротации составила 2.8–3.7 т/га, в 4-й – 3.5–4.4 т/га (табл. 3). Более высокая урожайность была при разноглубинной отвальной и комбинированной обработках почвы с внесением удобрений, постоянная безотвальная обработка снижала урожайность в контроле на 7–14, в удобренных вариантах – на 3–5%. Урожайность озимой пшеницы в 2019–2021 гг. была больше на 24%, чем в 2006–2008 гг., ввиду большего количества осадков за первую половину вегетации, что доказывало их значительное влияние и было отмечено другими исследователями [28].

Урожайность сахарной свеклы в опыте варьировала от 24.9 до 42.3 т/га. Более высокая урожайность отмечена при комбинированной обработке почвы с внесением удобрений – 40.0–42.3 т/га, безотвальная обработка без применения удобрений снижала урожайность культуры на 16–23, с их применением – на 8–13%. Уменьшение количества выпавших осадков в 2019–2021 гг. снижало продуктивность сахарной свеклы в среднем на 8%. На урожайность сахарной свеклы и озимой пшеницы в большей степени оказывали влияние применение удобрений, обработки почвы, погодные условия, но незначительно – сортовые особенности [2].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Системы обработки почвы изменили физико-химические свойства чернозема выщелоченного к 4-й ротации 9-польного севооборота относительно исходных показателей. В пахотном слое актуальная кислотность составила 6.00–6.18, против 5.65 ед. при закладке опыта, гидролитическая кислотность – 5.04–7.05 и 5.56 ммоль-экв/100 г, сумма поглощенных оснований – 29.0–32.0 и 24.2 ммоль-экв/100 г соответственно. В 4-й ротации актуальная и обменная кислотность снижались на 0.28–0.48 ед. по сравнению со 2-й ротацией, а гидролитическая кислотность – на 1.00–1.82 ммоль-экв/100 г почвы.

Разноглубинная отвальная основная обработка почвы в большей степени оптимизировала физико-химические свойства чернозема выщелоченного, тогда как безотвальная обработка ухудшала их. Применение удобрений привело к увеличению кислотности и снижению содержания суммы оснований.

Буферность почвы в 4-й ротации увеличилась по сравнению с 3-й ротацией. Разноглубинная отвальная основная обработка почвы и применение удобрений увеличивали буферность сильнее, чем безотвальная и комбинированная обработки почвы.

При возделывании озимой пшеницы гидролитическая кислотность почвы увеличивалась по сравнению с возделыванием сахарной свеклы на 6–12%, тогда как величина суммы поглощенных оснований не изменялась. Емкость поглощения составила 30.5–32.0, а при возделывании сахарной свеклы – 29.1–31.7 ммоль-экв/100 г почвы.

Наибольшая урожайность озимой пшеницы составила 4.4 т/га при разноглубинной отвальной обработке почвы, сахарной свеклы – 42.1–42.3 т/га при разноглубинной отвальной и комбинированной обработках почвы.

Для сохранения и улучшения физико-химических свойств чернозема выщелоченного, увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур в севообороте ЦЧР следует применять комбинированную систему основной обработки почвы, состоящую из отвальной обработки черного пара и под кукурузу на глубину 25–27 см, под сахарную свеклу – на глубину 30–32 см по схеме улучшенной зяби, под зерновые культуры и травы (озимую пшеницу после непаровых предшественников и однолетних трав) – плоскорезное рыхление на глубину 14–16 см, под ячмень после сахарной свеклы – на глубину 20–22 см.