Введение. В условиях значительного техногенного воздействия (часто негативного) на агроэкосистемы и отмечаемых глобальных климатических изменений, особое значение для устойчивого развития АПК приобретает разработка экологизированных (биологически) систем земледелия [1]. В основе таких систем лежит широкое использование в процессах производства сельскохозяйственной продукции различных природных биологических ресурсов и механизмов [2, 3, 4]. Широкое внедрение приемов биологизации земледелия позволяет не только улучшить агроэкологическое состояние сельских территорий, но и повысить продуктивность сельскохозяйственных культур и экономическую эффективность растениеводства [5]. Практический опыт внедрения приемов биологизация показали ее эффективность в различных регионах России [6,7,8], в том числе и в Республике Татарстан [9]. Особенно показателен успешный опыт широкого внедрения таких приемов в хозяйствах Белгородской области, где еще в 2011 году была принята долгосрочная целевая программа по развитию биологизации земледелия [10]. В результате многолетних усилий удалось обеспечить более высокие темпы роста урожайности, чем в среднем по России и обеспечить максимальное за все годы наблюдений содержание органических веществ в почвах [11]. Основной биологизации земледелия является широкое применение приемов сохранения и повышения плодородия почв, увеличения их биологической активности, а также снижения отрицательного влияния различных видов деградации [12, 13].
Среди основных приемов биологизации земледелия обычно выделяются – использование органических удобрений, сидератов и соломы для обеспечения поступления органических и минеральных веществ в почву; применение ресурсосберегающих систем обработки почвы; широкое использование приемов биологической защиты растений с применением различных биопрепаратов; севообороты с многолетними травами и бобовыми культурами; известкование почв и т.д. [14, 15, 16].
Одним из подходов для оценки уровня применения приемов биологизации земледелия в конкретных условиях или даже в целом по севообороту и хозяйству может выступать приход сухого органического вещества (СОИ). В частности, данный показатель активно используется при анализе степени использования приемов биологизации в Белгородской области [16], где удалось довести данный показатель до уровня порядка 6 т/га [17]. Использование данного показателя позволяет количественно оценить баланс между приходом СОВ от различных источников в почву и его выносом с урожаем культуры. Вместе с тем, существует необходимость в адаптации методики данных расчетов для конкретных агропроизводственных условий и использование ее для анализа различных приемов биологизации.
Условия, материалы и методы. Для расчета баланса сухого органического вещества (СОВ) использовалась следующая формула:
Б = П – В, (1)
где Б – баланс сухого органического вещества (СОВ), т/га
П – поступление (приход) органических остатков культурных растений или из органических удобрений, т/га;
В – вынос (потери) сухого органического вещества с урожаем сельскохозяйственных культур, т/га.
Вприходной статье баланса участвуют корневые и пожнивные растительные остатки, солома (ботва), сидеральные культуры, органические удобрения.
Для расчета прихода СОВ с корневыми и пожнивными растительными остатками (КПО) сельскохозяйственных культур используются адаптированные к условиям Республики Татарстан коэффициенты [18] выхода сухой массы КПО к урожаю основной продукции в натуральной влажности (табл. 1). Для определения примерного поступления сухих органических веществ, планируемую урожайность умножают на коэффициент.
Таблица 1– Коэффициенты выхода сухого органического вещества (СОВ) из корневых и пожнивных остатков
|
Культура |
Коэффициент выхода СОВ из КПО к урожаю основной продукции при натуральной влажности (К2) |
|
Озимая пшеница |
0,40 |
|
Озимая рожь |
0,40 |
|
Озимая тритикале |
0,40 |
|
Яровая пшеница |
0,34 |
|
Яровой ячмень |
0,34 |
|
Овес |
0,34 |
|
Горох |
0,42 |
|
Вика |
0,50 |
|
Соя |
0,42 |
|
Гречиха |
0,42 |
|
Подсолнечник |
0,42 |
|
Просо |
0,42 |
|
Рапс яровой |
0,42 |
|
Картофель |
0,04 |
|
Сахарная свекла |
0,01 |
|
Многол. травы бобово-злаковые на зел. массу |
0,32 |
|
Многол. травы бобово-злаковые на сено |
1,70 |
|
Многол. травы бобовые на зел. массу |
0,31 |
|
Многол. травы бобовые на сено |
1,65 |
|
Многол. травы злаковые на зел. массу |
0,30 |
|
Многол. травы злаковые на сено |
1,60 |
|
Однол. травы бобово-злаковые на зел.массу |
0,30 |
|
Однол. травы бобово-злаковые на сено |
1,60 |
|
Однол. травы бобовые на зел. массу |
0,30 |
|
Однол. травы бобовые на сено |
1,55 |
|
Однол. травы злаковые на зел. массу |
0,29 |
|
Однол. травы злаковые на сено |
1,50 |
|
Кукуруза на зерно |
0,76 |
|
Кукуруза на силос |
0,07 |
|
Кормовые корнеплоды |
0,02 |
Для расчета поступления СОВ с соломой и ботвой используются адаптированные для Республики Татарстан (ФГУ «ЦАС «Татарский») коэффициенты выхода растительных остатков (соломы, ботвы) и содержания в них сухих органических веществ (табл. 2).
Таблица 2 – Коэффициенты выхода сухого органического вещества (СОВ) из растительных остатков (соломы, ботвы)
|
Культура |
Коэффициент выхода побочной продукции (Кпп) |
Коэффициент СОВ в побочной продукции (Спп) |
|
Озимая пшеница |
0,90 |
0,84 |
|
Озимая рожь |
1,00 |
0,84 |
|
Озимая тритикале |
1,00 |
0,84 |
|
Яровая пшеница |
0,80 |
0,84 |
|
Яровой ячмень |
0,80 |
0,83 |
|
Овес |
0,80 |
0,86 |
|
Горох |
1,10 |
0,84 |
|
Вика |
1,20 |
0,84 |
|
Соя |
1,20 |
0,84 |
|
Гречиха |
1,50 |
0,84 |
|
Подсолнечник |
2,00 |
0,80 |
|
Просо |
1,30 |
0,84 |
|
Рапс яровой |
1,70 |
0,84 |
|
Картофель |
0,20 |
0,84 |
|
Сахарная свекла |
0,40 |
0,18 |
Для перевода внесенных органических удобрений в СОВ используются следующие коэффициенты (табл. 3).
Таблица 3 – Коэффициенты выхода сухого органического вещества (СОВ) от внесения органических удобрений
|
Источник органического вещества |
Коэффициент выхода СОВ |
|
0,25 |
|
|
Дефекат (содержание сух. орг. в-ва 10-15%) |
0,12 |
|
Компост (солома + помёт) |
0,45 |
|
Навозные стоки |
0,02 |
|
Птичий помёт бесподстилочный |
0,15 |
|
Птичий помёт подстилочный |
0,30 |
|
Сидераты |
|
|
0,50 |
|
|
Горчица |
0,25 |
|
Гречиха |
0,40 |
|
Озимая рожь |
0,40 |
|
Рапс |
0,29 |
Вынос (расход) сухого органического вещества связан как с отчуждением основной продукции, так и использованием побочной продукции на иные цели. Кроме того, потери органического вещества происходят за счет эрозионных процессов, минерализации гумуса и выделения углекислого газа (избыточное почвенное дыхание).
Для расчета выноса СОВ с урожаем используются адаптированные для условий Республики Татарстан коэффициенты (табл. 4).
Таблица 4 – Коэффициенты выноса сухого органического вещества (СОВ) с урожаем сельскохозяйственных культур
|
Культура |
Коэффициент выноса СОВ с урожаем |
|
Озимая пшеница |
0,870 |
|
Озимая рожь |
0,870 |
|
Озимая тритикале |
0,865 |
|
Яровая пшеница |
0,870 |
|
Яровой ячмень |
0,865 |
|
Овес |
0,865 |
|
Горох |
0,860 |
|
Вика |
0,860 |
|
Соя |
0,885 |
|
Гречиха |
0,870 |
|
Подсолнечник |
0,860 |
|
Просо |
0,880 |
|
Рапс яровой |
0,870 |
|
Картофель |
0,250 |
|
Сахарная свекла |
0,225 |
|
Многол. травы бобово-злаковые на зел. массу |
0,215 |
|
Многол. травы бобово-злаковые на сено |
0,810 |
|
Многол. травы бобовые на зел. массу |
0,210 |
|
Многол. травы бобовые на сено |
0,800 |
|
Многол. травы злаковые на зел. массу |
0,220 |
|
Многол. травы злаковые на сено |
0,810 |
|
Однол. травы бобово-злаковые на зел.массу |
0,195 |
|
Однол. травы бобово-злаковые на сено |
0,830 |
|
Однол. травы бобовые на зел. массу |
0,190 |
|
Однол. травы бобовые на сено |
0,810 |
|
Однол. травы злаковые на зел. массу |
0,190 |
|
Однол. травы злаковые на сено |
0,830 |
|
Кукуруза на зерно |
0,855 |
|
Кукуруза на силос |
0,180 |
|
Кормовые корнеплоды |
0,160 |
Баланс определялся по разнице прихода и расхода СОВ.
Данная методика была использована для оценки влияния таких приемов как использование сидератов в севообороте и применения биологических препаратов на яровой пшенице.
Как отмечалось выше, одним из основных путей биологизацииземледелия является использование биопрепаратов. В Центре агроэкологических исследований (ЦАИ) Казанского ГАУ был получен экспериментальный биопрепарат на основе эндофитной бактерии Bacillusmojavensis PS17. В 2020-2022 годах были проведены исследования по оценке влияния примененияданного биопрепарат на продуктивность яровой пшеницы сорта Ульяновская 105 и баланс сухого органического вещества.
Исследовались следующие варианты: 1. Контроль. 2. Обработка семян биопрепаратом (1,0 л/т). 3. Обработка семян + опрыскивание биопрепаратом в фазу выхода в трубку (1,0 л/га). 4. Обработка семян + опрыскивание биопрепаратом в фазу выхода в трубку (1,0 л/га) + опрыскивание биопрепаратом в фазу колошение (1,0 л/га); 5. Обработка семян + опрыскивание биопрепаратом в фазу выхода в трубку (1,0 л/га) + опрыскивание биопрепаратом в фазу колошение (1,0 л/га) + опрыскивание биопрепаратом в фазу молочной спелости.
Почва опытных участков – серая лесная среднесуглинистая. Отличается хорошей обеспеченностью элементами минерального питания. Агротехнология возделывания – согласно рекомендациям для Предкамья Республики Татарстан. Норма высева – 5,0 млн.в.с. шт./га. Расход рабочей жидкости при обработке семян – 10 л/т, при опрыскивании – 200 л/га. Агроклиматические условия вегетации в 2020 году бли периодически засушливыми, 2021 года были острозасушливыми, а в 2022 году относительно благоприятны для формирования урожая яровой пшеницы.
Определение поступления сухого органического вещества в почву корневой системы и соломы яровой пшеницы по вариантам опыта проводилось путем высушивания и взвешивания данных частей растений при сноповом анализе.
Результаты и обсуждения. В качестве севооборотов для оценки баланса сухого органического вещества были выбраны распространенные в Республике Татарстан – зернопаровой, зернопаропропашной и зернотравяной севообороты. При этом использовались средние показатели урожайности культур за последние 5 лет.
Результаты расчетов показали, что применение приемов биологизации (сидеральный пар, заделка соломы озимой и яровой пшеницы, использование гороха) в зернопаровом полевом севообороте обеспечили приход СОВ на уровне 3,96 т/га и положительный баланс на уровне 2,01 т/га (табл. 5).
Таблица 5. Зернопаровой полевой севооборот с яровым рапсом (для полей с уклоном до 3°)
|
№ |
Чередование культур |
Примерная урожайность, т/га |
Возможное поступление СОВ, т/га |
Возможный вынос СОВ, т/га |
Баланс СОВ, т/га |
|
1 |
Пар сидеральный |
15,0 |
7,50 |
- |
7,50 |
|
2 |
Озимая пшеница с заделкой соломы |
3,5 |
4,05 |
3,05 |
1,00 |
|
3 |
Яровой рапс |
1,5 |
2,77 |
1,31 |
1,47 |
|
4 |
Яровая пшеница с заделкой соломы |
3,0 |
3,04 |
2,61 |
0,43 |
|
5 |
Горох |
2,5 |
3,36 |
2,15 |
1,21 |
|
6 |
Ячмень с подсевом сидерата |
3,0 |
3,01 |
2,60 |
0,42 |
|
|
За ротацию (всего) |
23,73 |
11,72 |
12,01 |
|
|
|
Показатели без биологизации за ротацию (всего) |
5,12 |
11,72 |
-6,60 |
|
Пропашные культуры отличаются высоким выносом сухого органического вещества с урожаем, что делает зернопаропропашные севообороты при отсутствии приемов биологизации наиболее опасными с точки зрения потерь органического веществ почвы (табл. 6). Результаты расчетов подтверждают данное положение. При отсутствии применения приемов биологизации за ротацию в данном севообороте отрицательный баланс достиг 11,63 т/га, что почти в 2 раза выше, чем у вышерассмотренного зернопарового севооборота с рапсом. При применении сидератов и заделки соломы баланс положительный, на уровне 0,81 т/га. С учетом этого, значимость применения приемов биологизации для зернопаропропашных севооборотов особенно велика.
Таблица 6. Зернопаропропашной полевой севооборот с сахарной свеклой (для полей с уклоном до 1°)
|
№ |
Чередование культур |
Примерная урожайность, т/га |
Возможное поступление СОВ, т/га |
Возможный вынос СОВ, т/га |
Баланс СОВ, т/га |
|
1 |
Пар сидеральный |
15,0 |
7,50 |
- |
7,50 |
|
2 |
Озимая пшеница с заделкой соломы |
3,5 |
4,05 |
3,05 |
1,00 |
|
3 |
Сахарная свекла |
40,0 |
3,28 |
9,00 |
-5,72 |
|
4 |
Яровая пшеница с заделкой соломы |
3,0 |
3,04 |
2,61 |
0,43 |
|
5 |
Горох |
2,5 |
3,36 |
2,15 |
1,21 |
|
6 |
Ячмень с подсевом сидерата |
3,0 |
3,01 |
2,60 |
0,42 |
|
|
За ротацию (всего) |
24,24 |
19,41 |
4,83 |
|
|
|
Показатели без биологизации за ротацию (всего) |
7,77 |
19,40 |
-11,63 |
|
Одним из приемов биологизации земледелия и повышения плодородия почв являются многолетние травы (табл. 7).
Анализ баланса СОВ в зернотравяном севообороте показал, что использование полевого травосеяния привело к росту положительного баланса до 7,17 т/га за ротацию, а среднегодовой приход СОВ был на уровне 3,99 т/га.
Таблица 7. Зернотравяной полевой севооборот
(для полей с уклоном до 5°)
|
№ |
Чередование культур |
Примерная урожайность, т/га |
Возможное поступление СОВ, т/га |
Возможный вынос СОВ, т/га |
Баланс СОВ, т/га |
|
1 |
Однолетние травы ** |
15,0 |
4,50 |
2,93 |
1,58 |
|
2 |
Озимая пшеница с заделкой соломы |
3,5 |
4,05 |
3,05 |
1,00 |
|
3 |
Яровая пшеница с подсевом трав* |
3,0 |
1,02 |
2,61 |
-1,59 |
|
4 |
Мн. травы бобовые I года ** |
15,0 |
4,80 |
3,23 |
1,58 |
|
5 |
Мн. травы II года** |
18,0 |
5,76 |
3,87 |
1,89 |
|
6 |
Мн. травы III года** |
18,0 |
5,76 |
3,87 |
1,89 |
|
7 |
Яровая пшеница с заделкой соломы |
3,0 |
3,04 |
2,61 |
0,43 |
|
8 |
Яровой ячмень с заделкой соломы |
3,0 |
3,01 |
2,60 |
0,42 |
|
|
За ротацию (всего) |
31,94 |
24,77 |
7,17 |
|
|
|
Показатели без биологизации за ротацию (всего) |
25,28 |
24,77 |
0,51 |
|
Примечание: * – без заделки соломы, для лучшего роста трав; ** – зеленая масса.
Результаты оценки влияния биопрепаратов на урожайность и баланс СОВ представлены в таблице 8. Как видно из данных таблицы, при применении биопрепаратов во всех схемах обработки приводило к росту урожайности яровой пшеницы и одновременно увеличивало вынос сухого органического вещества с урожаем. Вместе с тем, при применении биологического биопрепарата на основе эндофитной бактерии Bacillusmojavensis PS17 отмечалось стимуляция роста корней и соломы, что привело к увеличению поступления органического вещества в почве. Так, если в контроле соотношение между массой корней и соломы к массе зерна было на уровне 1,15, то при обработке семян и ее сочетании с опрыскиванием в фазу выхода в трубку – 1,36, в варианте с дополнительным опрыскиванием в фазу колошения – 1,38, а в последнем варианте показатель составил 1,44. В связи с этим, если в контроле баланс СОВ составил +0,81 т/га, то при применении обработки семян он вырос в 1,88 раза, а при дополнительном использовании трех опрыскиваний – в 2,35 раза.
Таблица 8 – Средняя урожайность и баланс сухого органического вещества при применении биопрепаратов на яровой пшенице сорта Ульяновская 105, т/га, 2020-2022 гг.
|
Вариант |
Средняя урожайность за 3 года |
Поступление СОВ*, т/га |
Возможный вынос СОВ с урожаем, т/га |
Баланс, т/га |
|
Контроль |
2,91 |
3,34 |
2,53 |
0,81 |
|
Обработка семян |
3,11 |
4,23 |
2,71 |
1,53 |
|
Обработка семян + опрыскивание в фазу выхода в трубку |
2,99 |
4,07 |
2,60 |
1,47 |
|
Обработка семян + опрыскивания в фазы – выход в трубку, колошение |
3,48 |
4,80 |
3,02 |
1,77 |
|
Обработка семян + опрыскивания в фазы – выход в трубку, колошение, молочная спелость |
3,35 |
4,82 |
2,91 |
1,91 |
Примечание: СОВ – сухое органическое вещество.
Выводы. Проведенные исследования показали, что при комплексном применении приемов биологизации в полевых севооборотах возможно обеспечить положительный баланс поступления сухих органических веществ в почву на уровне (в зависимости от типа севооборота) 0,81-2,01 т/га.
Применение биопрепарата на основе эндофитной бактерии Bacillusmojavensis PS17 не только повышает урожайность яровой пшеницы, но за счет стимуляции роста корней и соломы, приводит к увеличение поступления в почву СОВ, при этом положительный баланс увеличивается в 1,88-2,35 раза к показателям в контроле.
