Введение. Современные достижения науки в виде новых сортов сельскохозяйственных культур и технологий их возделывания определили вектор развития сибирского земледелия [1]. В настоящее время активно внедряется интенсивная система выращивания культур с использованием разнообразного сортимента агрохимикатов. Урожайность зерновых культур в Северном Зауралье достигла 4,0–7,0 т/га зерна, что привело к усилению антропогенной нагрузки на почву [2]. Во многих хозяйствах солома стала единственным органическим удобрением, поэтому главной задачей становится оптимизация процесса ее трансформации в гумус с минимальными потерями питательных веществ. В современных агрофитоценозах практически единственным источником поступления растительных остатков в почву являются сами культурные растения, среди которых зерновые занимают доминирующее значение. В последние годы в России и за рубежом в центре внимания находится изучение процессов, ускоряющих трансформацию питательных веществ и деструкции растительных остатков, которые остаются на полях после уборки зерновых культур [3–6]. Повышенный интерес к данной теме обусловлен снижением содержания гумуса и ухудшением физико-химических свойств пахотных почв [7, 8]. Ведь возврат соломы в почву является одним из источников повышения почвенного плодородия и обогащения верхнего слоя органическим углеродом.
Химический состав соломы неоднороден и отличается в зависимости от культуры. В среднем в растительных остатках содержится, %: N – 0,60; P – 0,20; K – 0,78, а соотношение углерода к азоту составляет 1:60 (80) ед. [9, 10]. Широкое соотношение C:N замедляет процессы минерализации и гумификации растительных остатков, что неминуемо приведет к снижению планируемой урожайности зерновых культур [11]. Одним из способов решения данной проблемы для аграриев может служить обработка растительных остатков биологическими препаратами, стимулирующими рост и развитие микробной биомассы, которые в свою очередь ускоряют процессы трансформации питательных веществ из соломы.
Цель исследований – изучение изменения химического состава соломы яровой пшеницы при использовании гуминового препарата «Росток» в лесостепи Зауралья.
Материалы и методы. Исследования по влиянию гуминового препарата «Росток» на трансформацию растительных остатков зерновых культур выполняли на стационаре кафедры почвоведения и агрохимии ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья с 2013 по 2016 г.
Климат северной лесостепи континентальный, теплый, умеренно увлажненный. Данная зона обладает периодически промывным типом водного режима. Почва опытного поля – чернозем выщелоченный, маломощный, тяжелосуглинистый, пылевато-иловатый, на карбонатном покровном суглинке. Содержание гумуса в пахотном слое (0–30 см) варьировало от 7,65 до 9,05 % [12].
Исследования выполняли в зерновом севообороте (горохо-овсяная смесь – яровая пшеница – овес), чередование культур за годы исследований не менялось. Минеральные удобрения не использовали. Размеры делянки – 4 × 25 м (
Обработку почвы (отвальная) проводили после уборки культур на глубину 20–
Предварительно высушенную и нарезанную (длиной не более 5 см) солому массой 15 г помещали в пакеты из стеклоткани. Образцы размещали на поверхности почвы и заделывали на глубину 10, 20, 30 см, моделируя их распределение в пахотном слое. Закладку образцов соломы выполняли в третьей декаде сентября, после основной обработки почвы. Перед культивацией (май) образцы с глубины 0–10 см извлекали и опять заделывали после проведения весенних агротехнических мероприятий.
Перед заделкой соломы в почву производили обработку:
- Контроль, обработка соломы водой.
- Обработка соломы гуминовым препаратом «Росток» в концентрации 0,1 %.
Препарат «Росток» производится по запатентованной технологии из низинного торфа и является универсальным регулятором роста и развития растений, адаптируя их к природным и техногенным воздействиям [13]. Норма расхода в пересчете на 1 гектар составила 300 мл препарата с концентрацией 0,1 %. Объем рабочего раствора – 300 л на ту же единицу площади. Максимальная экспозиция длилась 12 месяцев (с сентября по сентябрь следующего года). После извлечения образцов остатки земли аккуратно сметали щеткой, а солому промывали в минимальном количестве холодной воды. Отмытую массу соломы помещали в термостат и сушили до воздушно-сухого состояния при температуре 105 °С с последующим определением показателей: сухой остаток – ГОСТ 26713-85; органическое вещество – ГОСТ 27980-88; азот – ГОСТ 13496.4-93; фосфор – ГОСТ 26657-85; калий – ГОСТ 30504-97; статистическую обработку данных проводили в MS Excel с использованием надстройки AgCStat [14].
Результаты и их обсуждение. Для проведения исследований использовали солому яровой пшеницы, выращенной без минеральных удобрений. В среднем за годы исследований исходное содержание азота в соломе составляло 0,69 ± 0,17 % с колебанием значений от 0,47 до 0,95 %, при этом коэффициент вариации достигал 24 %, что соответствовало сильной вариабельности (табл. 1). Исходные значения соотношения углерода к азоту в соломе яровой пшеницы за годы исследований в среднем составляли 67 ± 11 ед. (рис.), что соответствовало средней степени изменчивости (CV – 16 %). Запашка такой соломы без внесения азотсодержащих удобрений в будущем может привести к снижению урожайности вследствие денитрификации из почвы для разложения растительных остатков [15].
Таблица 1
Исходное содержание питательных веществ в соломе яровой пшеницы (2013–2016 гг.), %
|
Показатель |
|
CV |
min |
max |
|
Азот |
0,69±0,17 |
24 |
0,47 |
0,95 |
|
Фосфор |
0,18±0,03 |
19 |
0,14 |
0,25 |
|
Калий |
0,67±0,06 |
9 |
0,58 |
0,75 |
Здесь и далее: 
– среднее значение; CV – коэффициент вариации; min – минимальное значение; max – максимальное значение.
Влияние гуминового препарата на соотношение углерода к азоту (C : N)
в соломе яровой пшеницы, ед.
Перед запашкой соломы яровой пшеницы содержание фосфора в среднем за годы исследований составляло 0,18 ± 0,03 %, при этом коэффициент вариации достигал 19 %, что соответствовало средней степени изменчивости. Содержание калия в растительных остатках достигало 0,67 ± 0,06 % с колебанием значений от 0,58 до 0,75 %. Коэффициент вариации составлял 9 %, что соответствовало слабой вариабельности.
Через 12 месяцев экспозиции содержание азота в соломе, которую обрабатывали водой, уменьшилось в 2,7 раза относительно первоначальных значений (табл. 2). Разброс значений содержания азота в растительных остатках варьировал от 0,19 до 0,35 %, при этом коэффициент вариации составил 22 %, что соответствовало сильной вариабельности. Через 12 месяцев экспозиции значение C:N в соломе, расположенной на поверхности почвы, увеличилось в 2,6 раза относительно исходных значений и достигло 175 ± 11 ед., в результате соответствовало слабой степени изменчивости (CV – 6 %). Увеличение C:N в растительных остатках, расположенных на поверхности почвы, объясняется газообразными потерями азота [16] при разложении соломы и его вымыванием [17], а следовательно ведет к непродуктивным потерям. Содержание азота в соломе, обработанной гуминовым препаратом «Росток», через 12 месяцев экспозиции составляло 0,41 ± 0,14 %, что в 1,6 раза больше относительно контрольного варианта. Разброс значений содержания азота в соломе был от 0,19 до 0,60 %, при этом коэффициент вариации достигал 33 %, что соответствовало сильной вариабельности. Соотношение углерода к азоту в соломе, обработанной гуминовым препаратом и расположенной на поверхности почвы, составляло 108 ± 11 ед., что в 1,6 раза меньше относительно контроля. Коэффициент вариации был равен 10 %, что соответствовало средней степени изменчивости. Обработка соломы гуминовым препаратом оказала положительное влияние на микробную биомассу, что позволило снизить непродуктивные потери азота.
Содержание фосфора в соломе, расположенной на поверхности почвы, в контрольном варианте за 12 месяцев экспозиции уменьшилось в 3,6 раза относительно исходных значений и составило 0,05 ± 0,01 %. Разброс значений варьировал от 0,02 до 0,07 %. Обработка соломы гуминовым препаратом не оказала влияния на содержание фосфора относительно контроля. Коэффициент вариации на вариантах с обработанной водой соломой (контроль) и гуминовым препаратом «Росток» составил 32 и 34 % соответственно, что относилось к сильной степени изменчивости.
Таблица 2
Конечное содержание питательных веществ в соломе яровой пшеницы,
расположенной на поверхности почвы (2013–2016 гг.), %
|
Вариант |
Показатель |
|
CV |
min |
max |
|
Контроль (вода) |
Азот |
0,25±0,05 |
22 |
0,19 |
0,35 |
|
Фосфор |
0,05±0,01 |
32 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,27±0,10 |
36 |
0,10 |
0,40 |
|
|
Гуминовый препарат «Росток» |
Азот |
0,41±0,14 |
33 |
0,19 |
0,60 |
|
Фосфор |
0,05±0,02 |
34 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,33±0,06 |
19 |
0,20 |
0,40 |
За 12 месяцев экспозиции содержание калия в соломе, расположенной на поверхности почвы, в контрольном варианте уменьшилось в 2,5 раза относительно исходных значений и составило 0,27±0,10 %, при этом значения варьировали от 0,10 до 0,40 %. Коэффициент вариации был равен 36 %, что соответствовало сильной вариабельности. Обработка соломы гуминовым препаратом «Росток» не оказала существенного влияния на высвобождение калия из растительных остатков 0,33 ± 0,06 %. Коэффициент вариации составлял 19 %, что соответствовало средней степени изменчивости.
Характер изменения питательных веществ в запаханной соломе отличался от соломы, разлагающейся на поверхности почвы. Значения содержания азота в растительных остатках через 12 месяцев экспозиции двух вариантов перекрывали друг друга (табл. 3). Данная тенденция наблюдалась и при оценке показателя соотношения углерода к азоту (контроль – 72 ± 16 %, Росток – 60 ± 4 %). Это объясняется тем, что заделка растительных остатков в почву оказала положительное влияние на нитрифицирующую микробиоту и уменьшило непродуктивные потери азота.
Таблица 3
Конечное содержание питательных веществ
в запаханной (0–30 см) соломе яровой пшеницы (2013–2016 гг.), %
|
Вариант |
Показатель |
|
CV |
min |
max |
|
Контроль (вода) |
Азот |
0,66±0,08 |
13 |
0,52 |
0,78 |
|
Фосфор |
0,05±0,02 |
33 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,10±0,03 |
25 |
0,07 |
0,15 |
|
|
Гуминовый препарат «Росток» |
Азот |
0,73±0,12 |
16 |
0,52 |
0,95 |
|
Фосфор |
0,04±0,02 |
37 |
0,02 |
0,07 |
|
|
Калий |
0,13±0,05 |
38 |
0,08 |
0,20 |
За 12 месяцев экспозиции содержание фосфора в изучаемых вариантах уменьшилось более чем в 3,5 раза относительно исходных значений, при этом диапазон значений варьировал от 0,02 до 0,07 %. Коэффициент вариации на контроле и с обработкой гуминовым препаратом «Росток» составил 33 и 37 %, что соответствовало сильной степени изменчивости. Значения содержания калия в запаханных растительных остатках к концу периода экспозиции на обоих вариантах перекрывали друг друга, а коэффициент вариации соответствовал сильной вариабельности.
В ходе дисперсионного анализа было установлено, что остаточное содержание азота в соломе на 31 % (Fфакт > Fтеор) зависит от локализации (фактор А) расположения растительных остатков на поверхности почвы или запашки (табл. 4). Выявлено положительное влияние гуминового препарата «Росток» на сохранность азота в соломе на 20 % (фактор В). На трансформацию фосфора в растительных остатках не оказывает влияния локализация (Fфакт ˂ Fтеор), при этом отмечается высокое влияние гуминового препарата «Росток» – на 89 % (Fфакт > Fтеор).
Таблица 4
Результаты двухфакторного дисперсионного анализа
|
Источник вариации |
Азот |
Фосфор |
Калий |
С : N |
||||||||
|
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
Fфакт. |
Fтеор. |
Влияние, % |
|
|
Фактор A (локализация) |
63,3 |
4,0 |
31 |
0,0 |
8,6 |
0 |
68,3 |
4,0 |
7 |
362,8 |
4,0 |
37 |
|
Фактор B (Росток) |
19,8 |
3,1 |
20 |
266,5 |
3,1 |
89 |
432,4 |
3,1 |
84 |
157,1 |
3,1 |
32 |
|
Взаимодействие AB |
16,6 |
3,1 |
16 |
0,0 |
8,6 |
0 |
17,3 |
3,1 |
3 |
125,7 |
3,1 |
25 |
Очень низкое влияние на трансформацию калия в соломе оказывает локализация 7 %, при этом значение по влиянию гуминового препарата в 12 раз выше и составляет 84 % (Fфакт > Fтеор). Выявлено положительное влияние всех источников вариации (факторы А, В и взаимодействие АВ) на соотношение углерода к азоту в растительных остатках – от 25 до 32 % (Fфакт > Fтеор).
Заключение. В результате проведенных исследований было установлено, что обработка соломы зерновых культур гуминовым препаратом «Росток» оказывает положительное влияние на ее разложение и высвобождение питательных веществ (N, P, K). За 12 месяцев экспозиции содержание азота в запаханной соломе не изменялось, тогда как в соломе, расположенной на поверхности почвы, его содержание уменьшилось в 2,8 раза.
Обработка гуминовым препаратом «Росток» стимулирует разложение запаханной соломы без непродуктивных потерь азота, а расположенной на поверхности почвы теряет азот в меньшей степени.
В ходе исследований было установлено, что степень снижения содержания азота на 31 % зависит от локализации и на 20 % от применения гуминового препарата «Росток». Характер изменения фосфора и калия в соломе зерновых культур более чем на 80 % зависит от обработки соломы гуминовым препаратом «Росток». Локализация соломы не оказывает достоверного влияния.
