УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.00.00 Сельское, лесное и рыбное хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Сохранение и повышение почвенного плодородия как фактора получения высокого гарантированного урожая – сложная задача, особенно в условиях длительного орошения. Разработка комплекса предложений по улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель и методов восстановления плодородия в связи с нарастающими деградационными явлениями имеет приоритетное значение в поливном земледелии. В статье приведены результаты многолетних исследований по изучению влияния агротехнических приемов на уровень плодородия темно-каштановых почв Поволжья. Полученные данные подтвердили эффективность обработки почвы без оборота пласта – урожайность составила 32,5 т кормовых единиц с гектара, что значительно выше, чем на отвальной вспашке. Установлено, что в зернотравопропашном севообороте на продуктивность посевной площади на 50% влияло ороше-ние, а применение удобрений обеспечивало увеличение продуктивности в среднем на 18-20%. Рекомендуемые агротехнические мероприятия, направленные на ресурсосбережение, будут способствовать предотвращению развития эрозионных процессов в почве при длительном орошении.
Орошение, почва, плодородие, гумус, агротехнические приемы
Введение. Цели и задачи исследований. Почва является сложной экосистемой с множеством взаимосвязанных характеристик. Мелиоративные приемы воздействия на почву неизбежно приводят к разнообразным процессам, которые могут иметь как положительные, так и негативные последствия [1, 2]. Состав показателей изменения состояния земель при длительной ирригации определен на основе анализа протекания процессов почвообразования, выявления степени изменения основных свойств почв и использования этой информации в решении прикладных задач (оценка качества земель, экологического ущерба, разработка мероприятий и т. п.) [3].
Содержание гумуса является важнейшим показателем почвенного плодородия [4]. На основании проведенного анализа результатов исследований за период более пятидесяти лет об изменении гумусового состояния темно-каштановых почв под влиянием длительного орошения, установлено, что наблюдается прогрессирующая дегумификация этих почв на протяжении первых тридцати лет широкой ирригации.
Учитывая особую актуальность проблемы сохранения запасов гумуса и восстановления плодородия длительно орошаемых почв, потерявших значительную часть органического вещества в процессе их эксплуатации, в семипольном зернотравопропашном севообороте на протяжении восьми ротаций изучалось влияние различных агротехнических приемов (поливы, основная обработка почвы и внесение удобрений) на продуктивность и плодородие длительно орошаемой дегумифицированной темно-каштановой почвы [5].
Объекты и методы исследований. Полевые опыты проводились в орошаемых севооборотах на полях опытно-производственного хозяйства ВолжНИИГиМ, ООО «Березовское», АО ПЗ «Трудовое» и других хозяйствах Саратовской, Самарской, Волгоградской и других областей Поволжья. Исследования включали экспериментальные полевые и лабораторные опыты, статистические методы – дисперсионный и корреляционный анализ и сопоставление полученных данных. Применялась традиционная для данной природно-климатической зоны агротехника возделывания культур на орошении. Сопутствующие наблюдения проводились в соответствии с общепринятыми методиками, математическая обработка данных проведена по методике полевого опыта Б.А. Доспехова с помощью программы Statistika 5.5 и процессора электронных таблиц Microsoft Excel XP [6, 7, 8].
Чередование культур в севообороте: Люцерна на зеленый корм. Люцерна на сено. Кормосмесь на силос (сорго + соя + суданская трава + подсолнечник). Ячмень на зерно. Озимая пшеница на зерно. Соя. Вика +овес на зеленый корм + люцерна под покров.
Схема опыта по изучению влияния различных агротехнических приемов (обработки почвы, режима орошения, удобрений) на гумусовое состояние темно-каштановых почв, включала следующие варианты: контрольный вариант; орошение; орошение + поверхностная обработка почвы; орошение + основная обработка почвы с оборотом пласта (отвальная вспашка); орошение + плоскорезная обработка почвы; орошение +минеральные удобрения; орошение + органические удобрения.
Результаты и их обсуждение. Агротехнологические приёмы (способы основной обработки почвы, оптимальные севообороты, дифференцированные поливы, минеральные и органические удобрения) по-разному влияли на формирование уровня урожайности сельскохозяйственных культур.
Урожайные данные по изучаемым культурам семипольного севооборота, представленные в таблице 1, говорят о преимуществе применения плоскорезной обработки почвы, особенно по сравнению с отвальной вспашкой [9, 10, 11]. Продуктивность севооборота на варианте «орошение + плоскорезная обработка почвы на 12-14 см» была наибольшая и составила 32,5 тонн кормовых единиц на один гектар.
Применение различных удобрений в орошаемом зернотравопропашном севообороте обеспечивало практически одинаковое увеличение продуктивности севооборота в среднем на 17-21 % – с 28,63 до 34,67 т к. ед. с одного гектара севооборотной площади в среднем за ротацию. Влияние удобрений на урожайность отдельных культур севооборота носило в основном тот же характер. Орошение влияло на увеличение продуктивности единицы севооборотной площади более чем на 50 % в среднем.
По результатам агрохимического обследования почв опытно-производственного хозяйства ВолжНИИГиМ, выполненного в начале 60-х годов, в пахотном слое содержалось 3,8 % гумуса, в конце зафиксировано снижение до 3,6 %. К восьмидесятым годам наблюдалось значительное снижение содержания гумуса – до 2,7 %. При этом отмечалась сильная неоднородность почв по гумусированности. В девяностые годы, судя по данным агрохимического анализа почв, выявлено 19 % сельхозугодий с очень
Таблица 1
Урожайность культур зернотравопропашного севооборота и его продуктивность при различных
агротехнических приемах /в среднем за восемь ротаций, 1966-2021 гг./
|
Агротехнические приемы |
Урожайность, т/га |
Продуктивность севооборота, т к. ед./га |
||||||
|
Люцерна на зеленый корм |
Люцерна на сено |
Кормосмесь на силос (сорго + соя + суданская трава + подсолнечник) |
Ячмень на зерно |
Озимая пшеница на зерно |
Соя |
Вика +овес на зеленый корм + люцерна под покров |
||
|
КОНТРОЛЬ |
3,07 |
5,43 |
28,17 |
2,05 |
2,70 |
1,87 |
30,60 |
18,47 |
|
Орошение |
9,77 |
11,87 |
33,16 |
2,54 |
3,43 |
2,37 |
35,70 |
28,63 |
|
Орошение + отвальная вспашка на 25-27 см |
10,50 |
10,90 |
34,50 |
2,60 |
2,50 |
3,00 |
27,90 |
30,70 |
|
Орошение + плоскорезная обработка почвы на 12-14 см |
9,50 |
11,00 |
35,60 |
2,50
|
2,00 |
3,20 |
28,80 |
32,50 |
|
Орошение + поверхностная обработка почвы |
9,00 |
8,50 |
30,20 |
2,00 |
2,50 |
2,50 |
26,10 |
29,60 |
|
Орошение + минеральные удобрения |
10,89 |
13,02 |
41,03 |
2,97 |
3,90 |
3,39 |
42,50 |
33,99 |
|
Орошение + органические удобрения |
10,90 |
15,37 |
42,58 |
2,89 |
3,86 |
2,83 |
46,70 |
34,67 |
|
НСР05 |
0,65-0,90 |
1,10-2,55 |
1,51-3,35 |
0,12-0,47 |
0,21-0,43 |
0,38-0,51 |
0,40-0,51 |
0,56-0,59 |
низким содержанием гумуса в пахотном горизонте – менее 2,5%, 60% земель с низким и средним содержанием органического вещества – 2,5-3,0 %, и только 5% земель хозяйства содержали более 3,5% гумуса, а ведь именно такое содержание органического вещества является зонально характерным для темно-каштановых почв [5]. В эти годы отмечена устойчивая тенденция снижения органического вещества в почве.
Применение различных удобрений в орошаемом зернотравопропашном севообороте обеспечивало практически одинаковое увеличение продуктивности севооборота в среднем на 17-21 % – с 28,63 до 34,67 т к. ед. с одного гектара севооборотной площади в среднем за ротацию.
Таким образом, содержание гумуса снизилось на 25-30 % от его первоначального содержания.
В современных условиях темно-каштановые почвы хозяйства характеризуются как сильно дегумифицированные [12, 13].
Снижение и тем более отсутствие роста продуктивности орошаемой пашни свидетельствуют о том, что ухудшившееся плодородие почв стало выступать фактором, лимитирующим урожайность культур [14].
Дальнейшее падение запасов органического вещества этих почв может привести к их необратимой деградации.
Динамика содержания гумуса в темно-каштановых длительно орошаемых почвах за 1966-2021 гг. приведена в таблице 2, из которой видно, что в условиях орошения без применения удобрений и с использованием минеральных удобрений содержание гумуса практически не изменилось по сравнению с исходным и составило соответственно – 2,47-2,65% в пахотном и 2,09- 2,02% в подпахотном горизонтах.
Уровень изменений внутри каждого варианта был довольно высокий – от 5 до 20%. Этот факт указывает на большую пространственную вариабельность содержания гумуса. Об этом же свидетельствуют и высокие значения НСР05.
Таблица 2
Динамика влияния агротехнических приемов на запасы и содержание гумуса в темно-каштановых длительно
орошаемых почвах под культурами зернотравопропашного севооборота ОПХ ВолжНИИГиМ, 1966-2021 гг.
|
Агротехнические приемы |
Слой почвы, см |
Содержание и запасы гумуса, в среднем по периодам ротаций |
|||||||||||||||||
|
1 ротация |
2 ротация |
3 ротация |
4 ротация |
5 ротация |
6 ротация |
7 ротация |
8 ротация |
Динамика (увеличение «+», уменьшение «-») |
|||||||||||
|
1966 г.- 1972 г. |
1973 г.- 1979 г. |
1980 г.- 1986 г. |
1987 г.- 1993 г. |
1994 г.- 2000 г. |
2001 г.- 2007 г. |
2008 г.- 2014 г. |
2015 г.- 2021 г. |
||||||||||||
|
Запасы, т/га |
Содержание,% |
Запасы, т/га |
Содержание, % |
Запасы, т/га |
Содержание,% |
Запасы, т/га |
Содержание, % |
Запасы, т/га |
Содержание,% |
Запасы, т/га |
Содержание, % |
Запасы, т/га |
Содержание,% |
Запасы, т/га |
Содержание, % |
Запасы, т/га |
Содержание, % |
||
|
Контроль(без применения агротехнических мероприятий) |
0-30 |
101 |
2,68 |
103 |
2,73 |
98 |
2,61 |
100 |
2,66 |
96 |
2,57 |
98 |
2,62 |
95 |
2,54 |
92 |
2,35 |
- 9 |
- 0,33 |
|
30-60 |
84 |
2,19 |
81 |
2,08 |
73 |
1,87 |
70 |
1,80 |
72 |
1,84 |
82 |
1,91 |
79 |
1,73 |
76 |
1,64 |
- 8 |
- 0,55 |
|
|
Орошение |
0-30 |
99 |
2,69 |
97 |
2,93 |
103 |
2,74 |
99 |
2,68 |
104 |
2,77 |
91 |
2,80 |
96 |
2,91 |
97 |
2,47 |
- 2 |
- 0,22 |
|
30-60 |
91 |
2,18 |
81 |
2,04 |
75 |
1,93 |
80 |
2,04 |
81 |
2,07 |
86 |
2,05 |
88 |
2,15 |
91 |
2,09 |
0 |
- 0,09 |
|
|
Орошение + отвальная вспашка на 25-27 см |
0-30 |
99 |
2,50 |
96 |
2,63 |
97 |
2,72 |
102 |
2,59 |
97 |
2,61 |
96 |
2,56 |
97 |
2,41 |
97 |
2,68 |
- 2 |
+ 0,18 |
|
30-60 |
91 |
2,01 |
87 |
2,01 |
90 |
2,10 |
90 |
2,04 |
99 |
2,05 |
96 |
2,04 |
91 |
2,00 |
88 |
2,06 |
- 3 |
+ 0,05 |
|
|
Орошение + плоскорезная обработка почвы на 12-14 см |
0-30 |
96 |
2,72 |
99 |
2,73 |
91 |
2,60 |
96 |
2,83 |
92 |
2,75 |
91 |
2,73 |
89 |
2,62 |
91 |
2,62 |
- 5 |
- 0,10 |
|
30-60 |
86 |
2,13 |
86 |
2,11 |
88 |
2,44 |
81 |
2,51 |
86 |
2,30 |
96 |
1,98 |
86 |
1,94 |
85 |
1,99 |
- 1 |
- 0,14 |
|
|
орошение + поверхностная обработка почвы |
0-30 |
101 |
2,70 |
101 |
2,74 |
100 |
2,62 |
101 |
2,63 |
98 |
2,58 |
98 |
2,59 |
96 |
2,54 |
97 |
2,58 |
- 4 |
- 0,12 |
|
30-60 |
89 |
2,08 |
82 |
2,08 |
75 |
1,88 |
74 |
1,84 |
73 |
1,86 |
78 |
1,84 |
76 |
1,73 |
84 |
1,85 |
- 5 |
- 0,23 |
|
|
Орошение + минеральные удобрения |
0-30 |
101 |
2,67 |
102 |
2,5 |
101 |
2,70 |
100 |
2,69 |
102 |
2,73 |
91 |
2,9 |
93 |
2,3 |
96 |
2,65 |
- 5 |
- 0,02 |
|
30-60 |
98 |
2,06 |
83 |
1,8 |
75 |
1,93 |
74 |
1,95 |
79 |
2,04 |
81 |
2,24 |
82 |
2,5 |
93 |
2,02 |
- 5 |
- 0,04 |
|
|
Орошение + органические удобрения |
0-30 |
96 |
2,78 |
98 |
2,9 |
112 |
2,98 |
120 |
3,20 |
111 |
2,96 |
105 |
2,81 |
103 |
2,79 |
99 |
2,89 |
+ 3 |
+ 0,11 |
|
30-60 |
81 |
2,07 |
86 |
2,3 |
84 |
2,16 |
88 |
2,26 |
87 |
2,24 |
85 |
2,29 |
87 |
2,28 |
86 |
2,29 |
+ 5 |
+ 0,22 |
|
|
НСР05 |
0-30 |
|
0,22 |
|
0,23 |
|
0,21 |
|
0,23 |
|
0,16 |
|
0,17 |
|
0,18 |
|
0,17 |
|
|
|
30-60 |
|
0,15 |
|
0,16 |
|
0,17 |
|
0,15 |
|
0,11 |
|
0,12 |
|
0,14 |
|
0,13 |
|
|
|
При использовании органической системы удобрений было достигнуто не только сохранение, но и увеличение содержания гумуса в слое 0-30 см до 2,89 %, а в слое 30-60 см до 2,29 %. Запасы гумуса соответственно составили 99 и 86 т/га против 101 и 84 т/га на момент закладки опыта.
Без орошения было выявлено снижение гумусированности: в слое 0-30 см на 0,33 %, 30-60 см – на 0,55 %. Это связано с недостаточным поступлением корневых и пожнивных остатков вследствие невысокой урожайности сельскохозяйственных культур.
Баланс гумуса по данным урожайности и содержания гумуса на конец каждой предыдущей ротации, коэффициентов гумификации и минерализации практически в полной мере подтвердил фактические данные по изменению гумусированности [15, 16].
Последействие органических удобрений превосходило минеральные удобрения по воздействию на урожайность культур. Однако это наблюдалось только в первые годы после внесения. Эффективность последействия органических удобрений, начиная с пятого года уменьшалась. Тем не менее, в большинстве случаев оно оказывало положительное воздействие на урожайность культур севооборота по сравнению с не удобренными посевами.
Орошение в большинстве случаев сопровождалось повышением урожайности культур севооборота. Однако в результате длительного орошения в гумусе темно-каштановых почв уменьшилась доля подвижных соединений гумусовых веществ, непосредственно влияющих на плодородие, и увеличилось содержание консервативной части гумуса, напрямую не участвующей в формировании биомассы растений [14, 17].
Все эти факты могут свидетельствовать о некотором ухудшении качественного состава гумуса длительно орошаемых почв.
Низкое содержание гумуса, его незначительное изменение под воздействием агротехнических приемов, а также некоторое ухудшение его качественного состава свидетельствуют о сильной степени дегумификации почв опытного участка. Интенсивность трансформации (минерализации) гумуса значительно снижена в силу того, что их органическое вещество состоит в основном из стабильных инертных форм гумусовых соединений.
Увеличение гумусированности обеспечивали только органические удобрения. Внесение навоза на протяжении восьми ротаций семипольного зернотравопропашного севооборота среднегодовой дозой 10 т/га обеспечило устойчивое повышение содержания гумуса в темно-каштановых почвах в абсолютном выражении на 0,23%.
Заключение. По прогнозу проведения агротехнических мероприятий для восстановления содержания гумуса в дегумифицированных орошаемых темно-каштановых почвах, рекомендуется внесение на гектар севооборотной площади органических удобрений среднегодовой дозой минимум по 10-15 т/га на фоне разноглубинной обработки почвы с преобладанием плоскорезной, умеренных поливных норм сельскохозяйственных культур при доле многолетних трав в структуре посевов не менее 40%. Оптимальное сочетание агротехнических мероприятий на основе энергосберегающих технологий полива, применения разноглубинного рыхления для разуплотнения почв, использования рациональных доз органоминеральных удобрений, способствует не только росту продуктивности орошаемого гектара, но и стабилизации почвенного плодородия.
1. Безднина С.Я. Оптимальные параметры мелиоративного режима почв // Гидротехника и мелиорация. 1986. № 11. С. 58–63.
2. Демин А.П. Состояние орошаемых земель и эффективность их использования в регионах России // Мелиорация и водное хозяйство. 2003. № 5. С. 7–10.
3. Филин В.И. Агрохимические проблемы и принципы управления плодородием почв // Почвенно-экологические проблемы в степном земледелии. Пущино, 1992. С. 71–86.
4. Барановская В.А. Оптимизация гумусового состояния почв // Почвенно-экологические проблемы в степном земледелии: сб. науч. тр. Пущино, 1992. С. 79–87.
5. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. 2‑е изд. М.: Изд-во МГУ, 1970. 488 с.
6. ГОСТ 28268–89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопичности влажности и влажности устойчивого завядания растений. М.: Стандартинформ, 2006. 24 с.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 6‑е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 2010. 352 с.
8. Качинский Н.А. Почва, ее свойства и жизнь. 3‑е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1975. 296 с.
9. Шадских В.А., Кижаева В.Е., Рассказова О.Л. Энергосберегающая технология обработки почвы как фактор обеспечения воспроизводства плодородия орошаемых земель Саратовской области // Вестник Научно-методического совета по природообустройству и водопользованию. 2018. Вып. № 12 (12). С. 189–194.
10. Почвозащитные особенности основной обработки почвы в звене орошаемого севооборота / В.А. Шадских, В.Е. Кижаева, О.Л. Рассказова, Т.А. Панченко // Научная жизнь. 2018. № 6. С. 77–84.
