Агроэкологическая оценка влияния звеньев севооборота и систем зяблевой обработки почвы на показатели плодородия чернозема выщелоченного и урожайность яровой пшеницы

В традиционном земледелии решение проблемы сохранения плодородия почвы является актуальной задачей. В условиях резкого снижения инвестиций, направляемых на повышение плодородия почвы, первостепенное значение приобретают приемы интенсификации биологических факторов, предусматривающие использование органических и бактериальных удобрений, запашку соломы, насыщение севооборотов бобовыми культурами. Эффективно решить эти вопросы можно только в условиях длительных стационарных опытов на основе полевых севооборотов. Севообороты в сочетании с рациональными системами основной обработки почвы являются важными агротехническими и биологическими средствами восстановления плодородия и защиты почвы от эрозии. Они являются основой биологизации земледелия, которая в современных условиях создаёт исключительно благоприятные предпосылки для ведения экологически чистого земледелия [1].

Обработка сама по себе ничего не привносит в почву, однако от нее зависят агрофизические характеристики почвы, определяющие водно-воздушный и тепловой режимы почвы, степень и глубину заделки растительных остатков. В зависимости от приемов основной обработки формируется то или иное строение почвенного профиля по распределению в нем частиц твердой фазы, запасов питательных веществ, перемещению углекислого газа и влаги. Все это может сказаться на динамике и соотношении синтеза и минерализации гумуса, образовании подвижных форм питательных веществ и усвоении их растениями [2].

Целью исследований являлось изучение влияния звеньев севооборота и систем зяблевой обработки почвы на показатели плодородия чернозема выщелоченного и урожайность яровой пшеницы

Исследования проводились в 2007-2009 гг. в условиях полевого стационарного опыта кафедры общего земледелия и землеустройства в зернопаротравяном севообороте (чистый пар – озимая пшеница – яровая пшеница – вико-овес + клевер – клевер 1 г. п. – клевер 2 г. п. – озимая пшеница – яровая пшеница) в учебно-опытном хозяйстве ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА».

Почва опытного участка представлена черноземом выщелоченным, тяжелосуглинистым по гранулометрическому составу. Содержание гумуса в среднем по опыту 6,5%, реакция среды кислая (рН_сол 4,8–4,9), обеспеченность азотом высокая, фосфором и калием – средняя.

В качестве объекта исследований использовался рекомендованный для возделывания в Пензенской области сорт яровой пшеницы Тулайковская 10.

В целях выполнения программы исследований проводился многофакторный полевой опыт по следующей схеме:

Фактор А – звенья севооборота:

А₀ – Чистый пар – озимая пшеница – яровая пшеница (контроль);

А₁ – Клевер 2 г. п. – озимая пшеница – яровая пшеница.

Уборку зерновых культур проводили с одновременным измельчением и разбрасыванием соломы.

Фактор В – системы зяблевой обработки почвы:

В₀ – Двухфазная отвальная зяблевая обработка на глубину 20–22 см (контроль);

В₁ – Двухфазная безотвальная зяблевая обработка на глубину 20–22 см;

В₂ – Минимальная зяблевая обработка на глубину 12–14 см.

Во всех вариантах обработки проводили предварительное лущение на 6–8 см.

Фактор С – способы посева:

С₀ – Рядовой посев сеялкой СЗ-3,6 (контроль);

С₁ – Разбросной посев сеялкой СШ-3,5.

Норма высева яровой пшеницы 5,0 млн. всхожих зерен на га. Рядовой посев яровой пшеницы проводили сеялкой СЗ-3,6 с последующим прикатыванием кольчато-шпоровыми катками ЗККШ-6. Разбросной посев проводили сеялкой СШ-3,5 (комбинированная посевная машина предназначена для сплошного посева зерновых культур с одновременным внесением минеральных удобрений и предпосевной культивацией).

Трехфакторный опыт размещен методом расщепленных делянок в четырех повторениях. Размер делянок первого порядка: длина – 120 м, ширина – 50 м. Общая площадь делянок – 6000 м², учетная площадь – 4000 м². Размер делянок второго порядка: длина – 50 м, ширина – 6 м. Общая площадь делянок – 300 м², учетная площадь – 200 м², ширина защитных полос между делянками – 2 м. Размер делянок третьего порядка: длина – 25 м, ширина – 6 м. Общая площадь – 150 м², учетная – 100 м².

Все наблюдения, анализы и учет проводили по общепринятым методикам.

Одним из агрофизических показателей состояния почвы, характеризующим ее плодородие, является плотность почвы.

Полученные результаты свидетельствуют, что все три года, в течение которых проводились наблюдения, плотность пахотного слоя весной была оптимальной для яровой пшеницы во всех вариантах опыта: ни вид пара в звене севооборота, ни уменьшение глубины зяблевой обработки почвы под яровую пшеницу не приводили к каким-либо существенным изменениям данного показателя, хотя и была отмечена тенденция к увеличению плотности пахотного слоя в варианте с минимальной обработкой почвы.

Так, при посеве по вспашке плотность слоя 0–30 см по годам составила 1,01–1,05 г/см³, при безотвальной обработке – 1,02–1,09 г/см³, при минимальной обработке – 1,05–1,10 г/см³, перед уборкой – 1,13–1,16 г/см³ и 1,14–1,18 г/см³, 1,19–1,20 г/см³, соответственно.

За годы исследований системы зяблевой обработки почвы существенно отличались по своему влиянию на плотность сложения пахотного горизонта, особенно в слоях 10–20 см и 20–30 см.

В начале весенней вегетации более рыхлое сложение пахотного горизонта отмечалось в варианте со вспашкой и находилось в пределах 0,90–0,91 г/см³ в слое (0–10 см), 1,05–1,07 г/см³ (10–20 см), 1,11 г/см³ (20–30 см); при безотвальном рыхлении: 0,93–0,94 г/см³ (0–10 см), 1,06–1,08 г/см³ (10–20 см), 1,12–1,13 г/см³ (20–30 см); при минимальной обработке: 0,95–0,97 г/см³ (0–10 см), 1,08–1,10 г/см³ (10–20 см), 1,15–1,16 г/см³ (20–30 см).

К уборке происходит уплотнение почвы во всех вариантах и по всем слоям. Наибольшее уплотнение пахотного горизонта отмечалось в варианте с минимальной обработкой почвы, где плотность составила 1,12–1,13 г/см³ в слое (0–10 см), 1,21 г/см³ (10–20 см), 1,22–1,24 г/см³ (20–30 см).

В целом, зяблевая обработка почвы обеспечила сложение пахотного слоя почвы в пределах 1,02–1,08 г/см³ в начале вегетации, 1,08–1,13 г/см³ в середине вегетации и 1,14–1,19 г/см³ перед уборкой. Такие показатели плотности сложения создают благоприятные условия для продукционного процесса возделываемых культур и формирования урожая. Установлено, что зерновые культуры в наших условиях лучше растут и развиваются при плотности сложения почвы от 1,12 до 1,20 г/см³ [3].

Важнейшим показателем плодородия почв, определяющим рост и развитие растений, является содержание влаги в почве.

Полученные результаты исследований свидетельствуют, что вид пара в звене севооборота не оказал существенного влияния на влажность почвы: в среднем за 3 года в пахотном (0–30 см) слое она была в период посева в паровом звене на уровне 27,53%, в травяном звене – 26,29%, перед уборкой – 18,26% и 17,83%, соответственно. В метровом слое в период посева влажность составляла в паровом звене 26,27%, в травяном звене – 25,34%, перед уборкой – 18,49 % и 18,31 %, соответственно.

Изучаемые системы зяблевой обработки почвы так же, как и предыдущий фактор, не вызвали существенных различий в увлажнении ни весной, ни перед уборкой.

Так, в среднем за три года влажность пахотного слоя (0–30 см) в период посева при вспашке составляла 26,83%, при безотвальной обработке – 26,81%, при минимальной обработке – 27,07%; перед уборкой культуры влажность составила по вариантам опыта 17,68%, 18,00% и 18,28%, соответственно. Несущественные различия во влажности отмечались и в метровом слое почвы. Весной влажность почвы в варианте со вспашкой составила 25,73%, с безотвальной обработкой – 25,71% и минимальной – 25,88%; перед уборкой – 18,41%, 18,23% и 18,42%, соответственно.

Запасы продуктивной влаги также были практически одинаковыми во всех вариантах опыта. Так, в паровом звене к моменту посева количество продуктивной влаги в метровом слое варьировало в пределах 176,2–178,2 мм, перед уборкой – 94,7–97,1 мм; в травяном звене – 171,3–173,5 мм и 94,2–95,6 мм, соответственно.

Исследования по влиянию систем зяблевой обработки почвы показали, что в среднем за три года наблюдений запасы продуктивной влаги в метровом слое выщелоченных черноземов в весенний период в варианте со вспашкой составили 175,3 мм, по безотвальному рыхлению – 173,8 мм и минимальной обработке – 175,7 мм.

Перед уборкой в метровом слое на всех вариантах обработки почвы содержание продуктивной влаги снизилось за время вегетации за счет потребления растениями, физического испарения и составило в варианте со вспашкой 94,4 мм, по безотвальному рыхлению – 95,4 мм и минимальной обработке – 96,3 мм.

Эффективность расходования влаги на формирование урожая культуры в различных вариантах была неодинаковой, о чем свидетельствуют данные расчета коэффициента водопотребления (таблица 1).

Коэффициент водопотребления, определяющий эффективность использования влаги на единицу сухого вещества в посевах яровой пшеницы, был ниже в травяном звене и составил 1355,2–1383,2 м³/т, что свидетельствует о более эффективном использовании влаги при формировании единицы урожая

Минимализация обработки почвы путем замены отвальной на безотвальную, а также снижение глубины обработки почвы способствовали небольшому росту коэффициента водопотребления с 1443,1 м³/т на отвальной до 1459,2 м³/т на минимальной обработке в паровом звене и с 1355,2 м³/т на вспашке до 1383,2 м³/т на минимальной обработке почвы в травяном звене севооборота. Это обусловлено, с одной стороны, уменьшением суммарного водопотребления, а также снижением урожайности культуры.

Таблица 1

Элементы баланса влаги в слое 0–100 см под посевами яровой пшеницы,(2007-2009 гг.)

Большую роль в повышении устойчивости яровой пшеницы к водному дефициту играет почвенное плодородие. Его улучшение означает, что в критические по водообеспеченности годы потери зерна можно снизить на 3–10 ц/га [6].

Проведенное нами сравнительное изучение влияния звеньев севооборота и систем зяблевой обработки почвы показало, что они оказывают определенное влияние на агрохимические показатели плодородия почвы, что отражается на росте, развитии и урожайности последующих культур [5].

Результаты исследований показали, что в пахотном слое содержание подвижного фосфора в травяном звене севооборота было больше на 36,2 мг/кг по сравнению с паровым звеном. Содержание щелочногидролизуемого азота и калия в изучаемых звеньях севооборота изменялось незначительно. Применение ежегодной минимальной зяблевой обработки способствует дифференциации элементов питания в верхнем горизонте. Содержание щелочногидролизуемого азота, подвижного фосфора и обменного калия в варианте с минимальной обработкой почвы увеличивается на 2,2 мг/кг, 14 мг/кг и 12,5 мг/кг почвы в слое 0–10 см по сравнению с традиционной отвальной обработкой.

Одним из основных факторов, влияющих на плодородие почвы, является жизнедеятельность почвенной микрофлоры, а также производные микробиологической активности, такие, как целлюлозолитическая активность.

Анализ целлюлозолитической активности выщелоченного чернозема показывает, что существенных различий в интенсивности разложения льняной ткани через 30 дней после закладки по вариантам опыта не выявлено. При увеличении срока закладки льняной ткани на 30 и 60 дней активность микроорганизмов была выше в травяном звене севооборота на 4,1% и 4,3%, соответственно. Целлюлозолитическая активность почвы зависела и от зяблевой обработки почвы. Она составила в слое 0–30 см при вспашке – 28,6%, при безотвальной обработке – 24,4% и минимальной – 23,1%. Более интенсивное разложение льняного полотна во всех вариантах опыта наблюдалось в верхних (0–10 см) слоях почвы. Более сильный нагрев верхнего достаточно увлажненного горизонта (0–10 см) и хороший доступ к нему кислорода обеспечивают здесь развитие аэробной микрофлоры. Степень разложения льняного полотна в значительной мере зависела и от складывающихся гидротермических условий. Так, наибольшее разложение полотна отмечалось в увлажненном 2008 году, процент разложения составил 29,3%, что больше по сравнению с 2007 годом на 8,4%.

Итоговым критерием оценки агротехнических приемов является урожайность сельскохозяйственных культур (таблица 2).

Таблица 2

Урожайность яровой пшеницы в зависимости от вида пара в звеньях севооборота, зяблевой обработки почвы и способов посева

В целом за период исследований вид пара в звеньях севооборота не оказывал существенного влияния на урожайность культуры. Так, урожайность пшеницы в паровом звене составляла 2,06 т/га, в травяном звене – 2,16 т/га (таблица 2).

Системы зяблевой обработки почвы существенного влияния на урожайность не оказали. Урожайность яровой пшеницы варьировала в зависимости от зяблевой обработки почвы в пределах – 2,09–2,14 т/га.

Существенное влияние за годы проведенных исследований на урожайность оказал способ посева. Разбросной способ посева, проведенный многооперационной посевной машиной, увеличивал урожайность на 0,22 т/га по сравнению с рядовым посевом сеялкой СЗ-3,6.

Таким образом, в зернопаротравяном севообороте есть возможность замены традиционной отвальной зяблевой обработки почвы на минимальную ресурсосберегающую без существенного снижения урожайности возделываемой культуры в сочетании с разбросным способом посева.

Литература:

1. Воронкова, Н.А. Агроэкологическая оценка влияния предшественников на элементы плодородия чернозема выщелоченного и урожайность яровой мягкой пшеницы / Н.А. Воронкова, О.Ф. Хамова // Вестник Алтайского ГАУ. – 2009. – № 5. – С. 24-29.

2. Гаевая, Э.А. Влияние разных способов обработки почвы на ее физические свойства / Э.А. Гаевая // Научный журнал КубГАУ. – 2008. – № 39 (5). – С 21-23.

3. Курятникова, Н.А. Биологические особенности и элементы технологии возделывания овса голозерного в условиях лесостепи Среднего Поволжья: дис. … канд. с.-х. наук / Н.А. Курятникова. – Пенза, 2007. – 191 с.

4. Орлов, А.Н. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от элементов технологии возделывания / А.Н. Орлов, О.А. Ткачук, Е.В. Павликова // Достижения науки и техники АПК. – 2009. – № 7. – С. 28-30.

5. Ушаков, Р.Н. Возделывание яровой твердой пшеницы в неблагоприятных условиях / Р.Н. Ушаков // Зерновое хозяйство. – 2001. – № 1. – С. 27-28.