CC BY
39
STATE REGULATION AND REGIONAL DEVELOPMENT APK УДК 631.61;631.153
DOI: 10.24411/2587-6740-2020-12024
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОСВОЕНИЯ ЗАКУСТАРЕННЫХ ЗАЛЕЖНЫХ ЗЕМЕЛЬ НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РФ
А.И. Иванов1, И.В. Соколов2, Ж.А. Иванова1
1ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт», Санкт-Петербург, Россия 2ФГБНУ «Северо-Западный центр междисциплинарных исследований проблем продовольственного обеспечения», Санкт-Петербург, Россия
Сельскохозяйственное производство на Северо-Западе России остро нуждается в освоении значительных площадей закустаренных залежных земель. С целью комплексной агроэкологической оценки эффективности применения продуктов переработки древесно-кустарниковой растительности (ДКР) и традиционных мелиорантов на тяжёлой дерново-подзолистой почве Тосненской низины заложен двухфакторный стационарный полевой опыт. Фактор А — продукт переработки ДКР: щепа (5 — 15 см), 100 т/га; сечка (1 — 5 см), 100 т/га; биоголь, 10 т/га; древесная зола (1,05 т/га). Фактор Б — комплекс химических мелиорантов (КМ): птичий помёт в дозах 20 и 40 т/га, сыромолотый доломит в дозе 10 т/га (1Нг) и калийное удобрение (К70 и К140). Почва опыта дерново-подзолистая глееватая тяжелосуглинистая с сильнокислой реакцией среды (рНкс| — 4,27), средней обеспеченностью подвижным фосфором (54 мг/кг)) и повышенной — обменным калием (123 мг/кг). Опыт ведётся в полевом севообороте кормовой направленности. В 2017 году в нём возде-лывались однолетние травы (овёс Боррус на зелёный корм) с подсевом многолетних трав (смесь тимофеевки луговой Ленинградская 204, фестулолиума ВИК-90 и клевера лугового Орфей), в 2018 и 2019 годах — многолетние травы. В ходе исследования вскрыт ряд проблем, возникающий при вторичном освоении многолетней залежи на тяжёлой дерново-подзолистой почве. При заделке в такую почву измельченной древесно-кустарниковой растительности имело место резкое (до 5 раз) снижение урожайности и значительное — качественных показателей кормовой продукции первой сельскохозяйственной культуры, ухудшение агрохимических свойств почвы. Применением комплекса химических мелиорантов удавалось устранить эти негативные последствия. Это обеспечило повышение продуктивности звена севооборота в среднем на 26%%, а в вариантах с биоуглём — на 35%%. Валовой сбор сырого протеина приэтом возрастал на 43 и 60%% соответственно. Лучшим с агроэкологических позиций вариантом утилизации ДКР стало преобразование её биомассы в биоуголь, позволяющее в сочетании с местными мелиорантами добиться наряду с интенсификацией продукционного процесса быстрой и эффективной оптимизации физико-химических и агрохимических свойств почвы и сокращения потенциала эмиссии углекислого газа в атмосферу на 71-78%%.
Ключевые слова: закустаренная залежь, древесно-кустарниковая растительность (ДКР), щепа, сечка, биоуголь, зола, химические мелиоранты, агрономическая эффективность.
Введение
Одним из негативных последствий земельных реформ 90-х годов ХХ века стало выведение из оборота десятков миллионов гектар сельскохозяйственных земель. В Нечерноземье и, в частности, в Северо-Западном районе России, вследствие малой контурности полей и высокой степени лесистости территории переставшие обрабатываться земли быстро осваивались древесно-кустарниковой растительностью (ДКР). В настоящее время в регионе не используется около 45% сельхозугодий, а фактический уровень их закустаренности варьирует по областям от 42 до 58% при среднем запасе надземной биомассы в 132 т/га [1,2]. В масштабах страны лесные и луговые ценозы таких земель ежегодно аккумулируют до 20 млн. т углерода С02 [3]. Заметную роль в секвестрации последнего здесь играют и сами почвы [3,4], что, безусловно, по-своему важно для решения проблемы ограничения выбросов парниковых газов и глобальных климатических изменений.
Вследствие развития животноводства, остро нуждающегося в формировании высококачественной кормовой базы, в последние годы существенно возросла потребность землепользователей теперь уже во вторичном освоении закустаренных сельскохозяйственных земель [1,5,6]. Однако, ориентация при этом на используемые в прошлом, далёкие от природоподо-бия, технологии сведения ДКР путём корчёвки и складирования мало перспективны, как с позиций неизбежных потерь плодородного слоя почвы, так и по причине существенного усиления депонирования в атмосферу углекислого газа [2,4,7,8].
Современный уровень технического прогресса позволяет использовать в процессе освоения залежных земель более совершенные и экологичные технологии сведения ДКР, основанные, в частности, на предварительной её переработке в древесную щепу, сечку или биоуголь [9,10]. В Российской Федерации научная база таких технологий только начинает разрабатываться [2,9-12]. Важным фактором, снижения отдачи от них сегодня выступает неудовлетворительное эффективное плодородие почв, скрытая деградация которого проходила как на стадии интенсивного использования [13—15], так и в постагрогенной фазе [16]. По имеющимся данным, полученным, преимущественно, в лабораторных экспериментах [17-19], пока невозможно однозначно определить и условия эффективного применения на таких почвах в качестве мелиоранта биоугля.
Целью исследования стала комплексная аг-роэкологическая оценка эффективности применения продуктов переработки ДКР и мелиорантов на тяжёлой дерново-подзолистой почве в полевых условиях осваиваемой залежи.
Методика и экспериментальная
база исследования
Полевые исследования проводились в 20172019 гг. в ООО «София» Тосненского района Ленинградской области на залежных землях Тос-ненской низины. По данным предварительного геоботанического обследования контура заку-старенной залежи степень зарастания угодья находится на уровне 55 — 85%, а 97% ботанического состава ДКР приходится на ольху серую, осину, берёзу и иву. Средняя продуктивность
1 га ДКР составляет около 100 т/га. Такая масса растительности (точнее, продуктов её переработки) и принята в качестве объекта изучения.
Опыт мелкоделяночный модельно-полевой двухфакторный. Фактор А — продукт переработки ДКР, соответствующий одному из технологических вариантов сведения последней в процессе культуртехнической мелиорации: щепа (5 — 15 см) — продукт фрезерной обработки машинами импортного производства в дозе 100 т/га, сечка (1 — 5 см) — продукт переработки мульчерами в дозе 100 т/га, биоголь — продукт пиролизной переработки ДКР в дозе 10 т/га и древесная зола (1,05 т/га). Щепа и сечка обладали влажностью 44%, зольностью — 19% и содержали в сухом веществе 0,4% N1, 0,19% Р2О5 и 0,24% К2О. Биоуголь был произведён из такой же партии ДКР и в его составе содержалось 0,48% N 0,40% Р2О5 и 0,63% К2О. Золу отличали 57% нейтрализующая способность, 9,9 рНвод. и содержание 3,1% Р2О5 и 10,1% К2О. Зола вносилась вразброс под — предпосевную культивацию почвы, а остальные продукты переработки ДКР — под вспашку.
Фактор Б — комплекс химических мелиорантов (КМ): птичий помёт в дозах 20 и 40 т/га, сыромолотый доломит в дозе 10 т/га (1Нг) и калийное удобрение (К70 и К140). При выборе мелиорантов исходили из местных условий, гарантирующих их доступность и относительную дешевизну. Птичий помёт содержал в сухом веществе 2,80% — N 4,59% — Р2О5, 2,43% — К2О, 4,18% — СаО, 1,48% — МдО, а сыромолотый доломит обладал влажностью 2% и нейтрализующей способностью — 91%.
26 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (374) / 2020
www.mshj.ru
Таблица 1
Влияние продуктов переработки ДКР и КМ на продуктивность звена севооборота
Вариант или группа вариантов опыта Урожайность зелёной массы, т/га Продуктивность звена севооборота, т к.ед./га Прибавка урожайности
однолетние травы многолетние травы, т/га однолетние травы многолетние травы 1 г.п. многолетние травы 2 г.п. звено севооборота
1 г.п. 2 г.п. т/га % т/га % т/га % т з.ед./га %
Контроль - без ДКР и КМ 22,9 21,7 51,7 15,9 - - - - - - - -
ДКР без КМ (в среднем) 10,2 23,7 48,9 13,9 -12,7 -55 2,0 9 -2,8 -5 -2,0 -13
в т.ч.: щепа 10,4 21,3 47,5 13,3 -12,5 -55 -0,4 0 -4,2 -8 -2,6 -16
сечка 4,6 19,1 38,8 10,5 -18,3 -80 -2,6 -12 -12,9 -25 -5,4 -34
биоуголь 12,3 28,5 55,2 16,1 -10,6 -46 6,8 31 3,5 7 0,2 1
зола 13,3 25,8 54,1 15,6 -9,6 -42 4,1 19 2,4 5 -0,3 -2
КМ без ДКР (в среднем) 28,1 22,6 54,5 17,3 5,2 23 0,9 4 2,8 5 1,4 9
ДКР + КМ (в среднем) 31,6 31,5 58,3 20,0 8,7 38 9,8 45 6,6 13 4,1 26
в т.ч.: щепа + КМ 30,6 28,4 56,3 19,0 7,7 34 6,7 31 4,6 9 3,1 20
сечка + КМ 27,8 31,3 53,0 18,5 4,9 21 9,6 44 1,3 3 2,6 16
биоуголь + КМ 35,5 33,2 61,4 21,4 12,6 55 11,5 53 9,7 19 5,5 35
зола + КМ 32,4 33,2 62,6 21,2 9,5 41 11,5 53 10,9 21 5,3 33
нсроб 3,3 5,7 4,4 0,6
Почва опыта дерново-подзолистая глее-ватая тяжелосуглинистая с сильнокислой реакцией среды (рНкс| — 4,27), средней обеспеченностью подвижным фосфором (54 мг/кг) и повышенной — обменным калием (123 мг/кг). Опыт ведётся в полевом севообороте кормовой направленности. В 2017 году в нём возделыва-лись однолетние травы (овёс Боррус на зелёный корм) с подсевом многолетних трав (смесь тимофеевки луговой Ленинградская 204, фестулолиу-ма ВИК-90 и клевера лугового Орфей), в 2018 и 2019 годах — многолетние травы. Погодно-кли-матические условия вегетационного периода 2017 года отличались низкой теплообеспечен-ностью на фоне избыточного увлажнения и сильных ветров в предуборочный период. В 2018 году проявилась острая поздневесенняя-раннелет-няя засуха, кратно сократившая продуктивность многолетних трав в первом укосе. В 2019 году условия тепло- и влагообеспеченности многолетних трав были близки к оптимальным.
Площадь опытной делянки — 3,3 м2, учётной — 1,5 м2, повторность — трёхкратная. Отбор проб почвы, растений и их химико-аналитические исследования выполнялись по стандартизированным методикам в аккредитованной лаборатории ФГБУ САС «Псковская». Статистическая обработка данных проводилась дисперсионным методом с использованием программного комплекса Stat.
Результаты и обсуждение
Учитывая достаточную изученность зависящего от свойств почвы, но, как правило, положительного влияния удобрений на урожайность и качественный состав кормовых сельскохозяйственных культур, в настоящей статье экспериментальные данные анализируются с позиций оценки роли продуктов переработки ДКР, заделываемых в почву при освоении залежи.
В частности, установлено, что в отсутствие химических мелиорантов все они резко (до 5 раз) снижали урожайность первой культуры (табл.1). По фону щепы и сечки эти последствия не были до конца преодолены и в целом по звену севооборота. Причины такого явления принято объяснять процессами иммобилизации азота целлюлозолитическими бактериями и образования токсичных для растений и почвен-
ных микроорганизмов соединений фенольной и индольной природы [10]. С этим объяснением вполне согласуется превосходство варианта со щепой в продуктивности звена севооборота перед вариантом с заделкой в почву сечки ДКР на 21%. В нашем случае столь значительный ущерб, вероятно, был обусловлен и особенностями почвенных условий (тяжёлый гранулометрический состав, глееобразование).
Биоуголь и зола ДКР снизили урожайность однолетних трав на 46 и 42% по разным причинам. Так биоуголь, обладающий высокой поглотительной способностью, вероятно, стал для растений конкурентом в поглощении элементов питания [19]. Средний уровень содержания обменного аммония (1М-МН4+) за вегетационный период овса снизился в этом варианте с 32,5 в контроле до 19,2 мг/кг, т.е. в 1,7 раза. При неглубокой заделке в почву высокой дозы золы повышенная концентрация гидролитически щелочных компонентов отрицательно повлияла на развитие корневой системы овса, сократив её массу на 23%.
На фоне заделанной в почву мощной дернины и удовлетворительной обеспеченности элементами питания агрономическая эффек-
тивность химической мелиорации свободной от ДКР почвы может быть оценена как посредственная (прибавка урожайности первой культуры — 23%, а звена севооборота — всего 9%). Существенную роль в снижении отдачи от КМ сыграл клевер луговой сорта Орфей, отличающийся пониженной отзывчивостью на известкование и негативной реакцией на высокие дозы птичьего помёта [20].
Напротив, на фоне продуктов переработки ДКР отдача от КМ (прибавка продуктивности 44%) может быть оценена как высокая. При этом, лучший показатель соответствовал варианту с биоуглём, обеспечившим повышение продуктивности звена севооборота относительно неудобренного контрольного и удобренного КМ вариантов на 35 и 22% соответственно. Применение последнего на западе и у нас рассматривается как важное условие сокращения выброса в атмосферу парниковых газов [3,8,19]. Это положение нашло убедительное подтверждение в выполненных балансовых расчётах (рис. 1).
Обугливание 100 тонн биомассы ДКР позволяет сократить потенциальные выбросы углекислого газа относительно вариантов сжигания евродров и корчевки ДКР на 78%, а измельчения
И 10
51,3
46,2
35,9
10,3
Корчевка Измельчение Обугливание
Вариант
60
я 50
h 40
30
ft 20
0
Рис. 1. Влияние технологии переработки ДКР на эмиссию СО2
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 2 (374) / 2020
и запашки — на 71%. Гумификация измельченной ДКР в почве существенно уступает в части аккумуляции углерода, снижая, тем не менее, потенциальные выбросы СО2 на 30%.
В год заделки в почву продуктов переработки ДКР снижались не только урожайность, но и качественные показатели зелёной массы кормовой культуры. Содержание сырого протеина снижалось в среднем на 8%, зольных веществ — на 13%, в том числе калия — на 48%. Определённым преимуществом выделялся лишь вариант с биоуглём, в то время как худшие показатели качества получены на фоне заделанной в почву древесной сечки, то есть, когда площадь контактной поверхности между почвой и древесиной была максимальной (табл. 2).
Напротив, внесение комплекса мелиорантов сопровождалось увеличением содержания сырого протеина в среднем на 77, фосфора — на 21, калия — на 17 и кальция — на 19% (относительных). Такие же или даже несколько лучшие качественные показатели зелёной массы получены и от сочетания мелиорантов с продуктами переработки ДКР (особенно в вариантах с биоуглём и золой).
На второй и третий год действие изучаемых факторов весьма существенно проявилось изменением ботанического состава травостоя. Если в контрольном варианте опыта и в вариантах с заделанными продуктами переработки ДКР в травостое многолетних трав первого года хозяйственного пользования господствовал клевер луговой весьма неприхотливого сорта Орфей, то в вариантах с мелиорантами его доля снижалась до 59%, а в вариантах с ДКР и мелиорантами — до 64%. По нашим оценкам, наряду с сортовыми особенностями, главным фактором таких изменений ботанического состава стала негативная реакция клевера на полегание однолетних трав в вариантах с применени-
ем КМ. В основном по этой причине изменение качественного состава многолетних трав на фоне продуктов переработки ДКР и КМ, в отличие от однолетних трав, носило более сложный характер. Так в среднем за два года использования многолетних трав повышением содержания сырого протеина на 4% характеризовался вариант с биоуглём и на 4% — с сечкой, но только на фоне КМ. Под действием биоугля и КМ несколько улучшился и зольный состав зелёной массы.
В качестве одного из интегральных показателей агрономической эффективности заделки в почву продуктов переработки ДКР может рассматриваться валовой сбор с единицы площади наиболее ценных питательных веществ, в частности протеина. Как видно из данных таблицы 2, заделка в почву древесной щепы и сечки привело к уменьшению сбора сырого протеина на 16-19%, а биоугля и золы — незначительно повлияла на этот показатель. В то же время при сочетании щепы и сечки с КМ сбор протеина возрастал на 68% относительно вариантов с этими продуктами ДКР и на 30% — относительно абсолютного контроля. Сочетание с мелиорантами биоугля и золы обеспечило увеличение сбора протеина на 60 и 54% соответственно.
Описанный выше характер влияния продуктов переработки ДКР и КМ на продукционный процесс растений в определённой мере зависел и от трансформации комплекса наиболее важных агропроизводственных свойств почвы. Как и следовало ожидать, исходя из их состава, выраженная оптимизация коснулась комплекса кислотно-основных свойств почвы, содержания органического вещества и связанных с ними азотного и фосфатного состояний (табл. 3).
Результат взаимодействия щепы и сечки с почвой в условиях эксперимента, несмотря на наличие в них питательных веществ, в целом, носил негативный характер. Лишь содержание
органического вещества в почве на фоне положительного баланса закономерно увеличилось на 15%. Напротив, содержание доступных соединений азота, фосфора и калия при их активном потреблении полевыми культурами и почвенными микроорганизмами снизилось на 9-19%. В силу разной скорости взаимодействия с почвой (кратно превосходящей у сечки) характер их влияния на кислотно-основные свойства несколько отличался. Их отрицательная временная динамика в варианте со щепой, в целом, дублировала контрольный вариант. А вот под-кисление при заделке в почву сечки ДКР шло ускоренными темпами. И, если по показателю рНкс| этот факт можно оценить как тенденцию, то гидролитическая кислотность и содержание подвижного алюминия возросли под действием низко- и высокомолекулярных органических кислот на 9 и 24% соответственно.
Влияние биуогля на тяжёлую малоплодородную также определялось как прямым взаимодействием, так и последствиями воздействия на развитие полевых культур. Так под действием нейтрализующих компонентов и высокой поглотительной способности 10 т/га этого мелиоранта рНкс| увеличился на 5%, а содержание подвижных соединений алюминия снизилось на 26%. За счёт собственного углерода и увеличения прихода пожнивно-корневых остатков многолетних трав на 22% увеличилось содержание органического вещества. Лучше развитый клевер сыграл ключевую положительную роль и в повышении на 13% содержания легкогидро-лизуемых соединений азота. Однако усиление потребления культурой биогенных элементов негативно сказалось на фосфатном режиме и, особенно, на содержании подвижных и легкорастворимых соединений калия, уровень которых снизился относительно контрольного варианта на 32 и 31% соответственно.
Таблица 2
Влияние продуктов переработки ДКР и мелиорантов на качество растительной продукции
Вариант/ Содержание в сухом веществе зеленой массы однолетних трав (над чертой) и многолетних трав (под чертой), % Доля клевера Валовой сбор сырого
группа вариантов опыта сырой протеин сырая клетчатка сырая зола Р К Са в травостое, % протеина за 3 года, т/га
Контроль - без ДКР и КМ 9,5 16,6 25,3 21,3 5,1 7,4 0,33 0,31 2,63 2,50 0,27 0,85 96 3,44
ДКР без КМ (в среднем) 8,8 16,8 25,1 20,1 4,5 7,5 0,29 0,30 1,78 2,47 0,25 0,88 95 3,15
в том числе: щепа 8,9 16,1 25,0 20,6 4.3 7.4 0,28 0,29 1,58 2,56 0,21 0,84 95 2,88
сечка 7,6 16,8 25,3 20,3 4,7 7,6 0,26 0,28 1,64 2,38 0,30 0,74 91 2,45
биоуголь 9,6 17,3 22,7 20,5 4,2 7,6 0,30 0,31 1,81 2,40 0,17 0,94 95 3,68
зола 8,9 16,9 27.5 19.6 4,8 7,4 0,31 0,31 2,10 2,53 0,30 0,98 97 3,66
КМ без ДКР (в среднем) 16,8 17,3 25,6 21,4 6,5 7,8 0,40 0,33 3,09 2,64 0,32 0,90 59 4,17
ДКР + КМ (в среднем) 17,2 17,5 25,3 21,2 7,0 7,9 0,41 0,33 2,80 2,56 0,33 0,94 64 4,93
в том числе: щепа + КМ 17,0 17,3 25,8 20,5 6,8 8,0 0,40 0,33 2,43 2,67 0,25 0,94 59 4,59
сечка + КМ 13,1 18,0 25,1 21,6 6,4 7,8 0,37 0,32 2,60 2,47 0,27 0,90 61 4,37
биоуголь + КМ 19,0 17,8 25,2 20,7 7.5 7.6 0,43 0,34 2,77 2,49 0,38 0,95 72 5,50
зола + КМ 19,5 17,0 25,2 21,8 7,3 7,8 0,42 0,35 2,91 2,60 0,42 0,98 64 5,29
нсроб 0,43 0,62 2,32 1,03 0,25 0,35 0,03 0,02 0,11 0,17 0,04 0,10 0,54
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (374) / 2020 www.mshj.ru
Таблица 3
Влияние продуктов переработки ДКР и КМ на физико-химические и агрохимические свойства почвы
Вариант или группа вариантов опыта Физико-химические свойства ед. изм. Агрохимические свойства, ед. изм.
РНКС1 А1 подв. S б обм. Н г. ЕКО Уосн., % Орг.в-во, % N 1 лг. N подв. Р2О5 2 5 подв. К,О 2 подв. К 0 2 2 лр. Р2О5,3 мг/л
смоль(экв)/кг мг/кг
Контроль - без ДКР и КМ 4,25 0,34 6,36 5,97 12,33 52 3,76 64 31 57 138 90 0,11
ДКР без КМ (в среднем) 4,36 0,31 6,86 6,02 12,88 53 4,31 64 28 57 109 73 0,10
в т.ч.: щепа 4,22 0,34 6,38 6,08 12,46 51 4,13 58 25 48 126 83 0,10
сечка 4,15 0,42 5,62 6,53 12,15 46 4,31 51 19 42 124 80 0,10
биоуголь 4,44 0,25 6,68 6,11 12,79 52 4,59 72 31 53 94 62 0,09
зола 4,64 0,23 8,75 5,37 14,12 62 4,19 75 35 83 90 67 0,12
КМ без ДКР (в среднем) 5,50 0,14 10,55 2,97 13,52 78 4,81 92 44 159 149 111 0,20
ДКР + КМ (в среднем) 5,55 0,14 11,06 2,90 13,96 79 5,16 92 43 177 158 116 0,27
в т.ч.: щепа + КМ 5,45 0,14 10,54 2,99 13,53 78 5,18 88 40 158 154 110 0,22
сечка + КМ 5,27 0,18 9,01 3,56 12,57 72 5,35 82 33 164 171 126 0,22
биоуголь + КМ 5,71 0,13 12,42 2,47 14,89 83 5,60 100 52 179 134 104 0,24
зола + КМ 5,77 0,11 12,27 2,57 14,84 83 4,49 99 48 206 171 124 0,40
нсроб 0,17 0,02 0,34 0,22 0,56 3 0,19 3 4 8 29 8 0,02
1 азот легкогидролизуемый (по Тюрину)
2 калий легкорастворимый (по Дашевскому)
3 подвижность фосфатов (по Карпинскому-Замятиной)
Применённый в опыте комплекс мелиорантов на основе сыромолотого доломита, птичьего помёта и калийного удобрения ожидаемо оптимизировал широкий набор физико-химических и агрохимических свойств почвы. Уровень этой оптимизации находился в прямой зависимости от величины их дозы. В среднем по вариантам он достиг значений по рН — 26%, 5о6в — 58%, V — 48%, Н — 50% и АГ — 59%)°, содержа-
осн. г. подв. ' ~
нию органического вещества — 22%, Илг. — 33%, N -29%, РД 130% и подвижности фосфа-
подв. 2 5подв. " ~ ~
тов — 55%. На фоне резкого увеличения под действием мелиорантов потребления культурами калия и усиленной в таких почвенно-агрохими-ческих условиях необменной фиксации его катионов вторичными минералами [13-15] заметно улучшить калийный режим почвы не удалось.
Научная гипотеза опыта состояла в предположении, что сочетание применения биоугля с очень высокими дозами мелиорантов обеспечит возможность поглощения и рационального использования избытка питательных веществ высоких доз птичьего помёта. Результаты химико-аналитических испытаний почвы подтвердили обоснованность этих надежд. Их совместное действие на почву носило аддитивный характер, выразившийся в снижении относительно контрольного варианта Н — на 56%, А1 — на
г. подв.
68% и в повышении рНКс| на 34%, S°6в — на 92%, V°сн — на 60%, содержания органического вещества — 45%, N — на 38%, N — на 45%, РО-
лг. подв. '2
5подв. — на 182% и подвижности фосфатов — на 82%, КО — на 16%.
' 2 лр.
Сочетание комплекса мелиорантов с золой отметилось аналогичной с биоуглем трансформацией почвенных свойств. Единственным его преимуществом, как и варианта совместного внесения КМ с сечкой ДКР стало достоверное повышение содержания подвижного и легкорастворимого калия на 24 и 38% соответственно.
Заключение
Установлена неэффективность односторонней заделки в дерново-подзолистую глееватую почву продуктов переработки дКр (особенно щепы и сечки), ведущей к сильному снижению урожайности и кормовой ценности даже мало требовательных к почвенным условиям сель-
скохозяйственной культур. Только сочетанием прогрессивных технологий культуртехнической мелиорации с комплексом химических мелиорантов может быть достигнута удовлетворительная агрономическая эффективность освоения закустаренной залежи (в условиях опыта это обеспечило повышение продуктивности звена севооборота в среднем на 26%, а в вариантах с биоуглём — на 35%. При этом, валовой сбор сырого протеина возрастал на 43 и 60% соответственно. Лучшим с агроэкологических позиций вариантом утилизации ДКР является преобразование её биомассы в биоуголь, позволяющее в сочетании с местными мелиорантами добиться наряду с интенсификацией продукционного процесса быстрой и эффективной оптимизации физико-химических и агрохимических свойств почвы и сокращения потенциала эмиссии углекислого газа в атмосферу на 71-78%.
Литература
1. Иванов А.И., Янко Ю.Г. Мелиорация как необходимое средство развития земледелия Нечерноземной зоны России // Агрофизика. 2019. № 1. С. 67-78.
2. Иванов А.И., Иванова Ж.А., Рижия Е.Я., Архипов М.В., Соколов И.В., Вязовский А.А. Эффективность вторичного освоения кормовых угодий в условиях Тос-ненской низины // Земледелие. 2019. № 3. С. 7-11.
3. Kudeyarov V.N. Soil-biogeochemical Aspects of arable Farming in the Russian Federation // Eurasian Soil Science. 2019. T.52. № 1. P. 94-104.
4. Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Мостовая А.С., Овсепян Л.А., Телеснина В.М., Личко В.И., Баева Ю.И. Влияние процессов естественного лесо-восстановления на микробиологическую активность пост-агрогенных почв Европейской части России // Лесоведение. 2018. № 1. С. 3-23.
5. Методические и информационно-технологические основы развития кормопроизводства в Северо-Западном регионе РФ. Под общ. ред. ВД. Попова, М.В. Архи-пова. СПб.: 2015. — 184 с.
6. Дубенок Н.Н., Якушев В.П., Янко Ю.Г. Мелиорация земель Ленинградской области: проблемы и инновационные пути их решения// Агрофизика. 2013. № 2 (10). С.2-9.
7. Байбеков Р.Ф. Природоподобные технологии — основа стабильного развития земледелия//Земледелие. 2018. № 2. С. 3-6.
8. Kudeyarov V.N., Kurganova I.N. Respiration of Russian soils: Database analysis, long-term monitoring, and general estimates // Eurasian Soil Science. 2005. Т. 38. № 9. P. 983-992.
9. Новиков С.А., Шевченко В.А., Соловьёв А.М., Фир-сов И.П., Гаспарян И.Н. Эффективные приёмы окультуривания залежных земель в Нечернозёмной зоне России. М.: «Росинформагротех», 2014. 44 с.
10. Методика эффективного освоения разновозрастных залежей на основе многовариантных технологий под пастбища и сенокосы и очерёдности возврата их в пашню в Нечернозёмной зоне РФ. Под ред. В.М. Косолапова, А.А. Кутузовой, К.Н. Приваловой, Н.И. Георгиади. М.: ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса, 2017. 64 с.
11. Гулюк Г.Г., Семенов Н.А., Шуравилин А.В., Сурикова Н.В. Освоение долголетней залежи при возделывании сеяных злаковых трав // Мелиорация и водное хозяйство. 2018. № 4. С. 2-5.
12. Васильев С.М., Домашенко Ю.Е., Митяева Л.А., Ляшков М.А. Технологические схемы удаления древесно-кустарниковой растительности при проведении культур-технических работ // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2018. № 4 (32). С. 126-145.
13. Ефимов В.Н., Иванов А.И. Деградация хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2001. № 6. С.21-23.
14. Иванов А.И., Иванова Ж.А., Воробьёв В.А., Цыганова Н.А. Агроэкологические последствия длительного использования дефицитных систем удобрения на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах // Агрохимия. 2016. № 4. С. 10-17.
15. Иванов А.И., Воробьёв В.А., Иванова Ж.А. Современные деградационные процессы в хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах // Проблемы агрохимии и экологии. 2015. № 3. С. 15-19.
16. Литвинович А.В. Постагрогенная эволюция хорошо окультуренных дерново-подзолистых почв Нечернозёмной зоны // Агрохимия. 2009. № 7. С. 85-93.
17. Литвинович А.В., Хаммам А.А. М., Лаврищев А.В., Павлова О.Ю. Мелиоративные свойства и удобрительная ценность различных по размеру фракций биоугля (по данным лабораторных экспериментов) // Агрохимия. 2016. № 9. С. 39-46.
18. Соколик Г.А., Овсянникова С.В., Иванова Т.Г., По-пеня М.В., Войникова Е.В. Характеристика дерново-подзолистых почв после внесения биоугля // Весц1 НАН Беларуа. 2015. № 2. С. 87-94.
19. Rizhiya E.Y.,Buchkina N.P., Mukhina I.M., Belinets A.S., Balashov E.V. Effect of Biochar on the Properties of Loamy Sand Spodosol Soil Samples with Different Fertility Levels: A Laboratory Experiment // Eurasian Soil Science. 2015. T. 48. № 2. P. 192-200.
20. Онучкина О.Л., Корнева И.А. Устойчивость сортов клевера лугового к стрессовым факторам кислой дерново-подзолистой почвы // Сельское хозяйство. 2018. № 2. С. 1-8.
- 29
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 2 (374) / 2020
Об авторах:
Иванов Алексей Иванович, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник, заведующий отделом физико-химической мелиорации и опытного дела, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1502-0798, [email protected]
Иванова Жанна Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела физико-химической мелиорации и опытного дела, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3138-8285, [email protected]
Ооколов Иван Викторович, младший научный сотрудник, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2695-8036, [email protected].
AGROECOLOGICAL EFFICIENCY OF DEVELOPMENT OF IDLE BUSHLAND IN THE NORTH-WEST OF THE RUSSIAN FEDERATION
A.I. Ivanov1, I.V. Sokolov2, Zh.A. Ivanova1
1FSBSI «Agrophysical Research Institute», Saint-Petersburg, Russia
2 FSBSI «North-West Centre of Interdisciplinary Researches of Problems of Food Maintenance», Saint-Petersburg, Russia
Agricultural production in the North-West of Russia is in urgent need of developing significant areas of idle bushland. We established a two-factor stationary field experiment for a comprehensive agroecological assessment of the application efficiency of derivative products of tree and shrubbery vegetation (TSV) and traditional ameliorants in the heavy sod-podzolic soil of the Tosna Lowland. Factor A was derivative products of TSV: wood chips (5-15 cm), 100 t/ha; chopped wood (1-5 cm), 100 t/ha; biochar, 10 t/ha; wood ash (1.05 t/ha). Factor B was a complex of chemical ameliorants: poultry manure at doses of 20 and 40 t/ha, milled raw dolomite at a dose of 10 t/ha (1 Ha) and potassium fertilizer (K70 and K140). The soil of the experimental plot was sod-podzol, gleyic, heavy loamy with a strongly acidic reaction (pH(KCl) was 4.27 units), average availability of mobile phosphorus (54 mg/kg), and increased availability of exchange potassium (123 mg/kg). The experiment was conducted in the forage field crop rotation. In 2017, annual grasses were cultivated (oats 'Borrus' for green fodder) with overgrassing of perennial grasses (a mixture of timothy grass 'Leningradskaya 204', festulolium 'VIK-90' and meadow clover 'Orpheus'); in 2018 and 2019 perennial grasses were cultivated. The study revealed a number of problems that arise during the secondary development of a perennial idle land on heavy sod-podzolic soil. When crushed TSV was embedded into such soil, there was a sharp (up to 5 times) decrease in productivity and a significant decrease in the quality indicators of the fodder production of the first crop, deterioration of the agrochemical properties of the soil. The application of a complex of chemical ameliorants managed to eliminate these negative consequences. This ensured an increase in the productivity of the crop rotation link by 26% on average, and in variants with biochar, the increase was 35%. The total yield of crude protein increased by 43% and 60%, respectively. From the point of view of agroecology, the best option for utilizing TSV is the conversion of its biomass into biochar. In combination with local ameliorants, it allows intensifying the production process, quickly and efficiently optimizing the physicochemical and agrochemical properties of the soil, and reducing the potential for carbon dioxide deposition into the atmosphere by 71-78%. Keywords: idle bushland, tree and shrubbery vegetation (TSV), wood chips, chopped wood, biochar, ash, chemical ameliorants, agroecological efficiency.
References
1. Ivanov A.I. , Yanko Yu.G. (2019). Melioratsiya kak neob-khodimoe sredstvo razvitiya zemledeliya Nechernozemnoi zony Rossii [Improvement as an essential Means of Development of Agriculture of Non-chernozem Zone of Russia]. Agrofizika, no 1, pp. 67-78.
2. Ivanov A.I., Ivanova Zh.A., Rizhiya E.Ya., Arkhipov M.V., Sokolov, I.V., Vyazovskii A.A. (2019). Ehffektivnost' vtorichnogo osvoeniya kormovykh ugodii v usloviyakh Tosnenskoi niziny. [The Efficiency of the secondary Development of the Grassland in terms of Tosno Lowlands]. Zemledelie, no 3, pp. 7-11.
3. Kudeyarov V.N. (2019) Soil-biogeochemical Aspects of arable Farming in the Russian Federation. Eurasian Soil Science, Vol. 52, no 1, pp. 94-104.
4. Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Mostova-ya A.S., Ovsepyan L.A., Telesnina V.M., Lichko V.I. & Baeva Yu.I. (2018). Vliyanie protsessov estestvennogo lesovosstanov-leniya na mikrobiologicheskuyu aktivnost' post-agrogen-nykh pochv Evropeiskoi chasti Rossii [Influence of natural reforestation processes on the microbiological activity of post-agrogenic soils in the European part of Russia]. Lesove-denie, no 1, pp. 3-23.
5. Popov V.D. & Arkhipov M.V. (ed) (2015). Metodicheskie
1 informatsionno — tekhnologicheskie osnovy razvitiya ko-rmoproizvodstva v Severo-Zapadnom regione RF [Methodological and information-technological bases of feed production development in the North-Western region of the Russian Federation]. Saint-Petersburg: N-W CIRPFM.
6. Dubenok N.N., Yakushev V.P., Yanko Yu.G. (2013). Melioratsiya zemel' Lenin-gradskoi oblasti: problemy i innovatsi-onnye puti ikh resheniya [Land reclamation in the Leningrad region: problems and innovative solutions]. Agrofizika, no
2 (10), pp. 2-9.
7. Baibekov R.F. (2018). Prirodopodobnye tekhnolo-gii — osnova stabil'nogo razvitiya zemledeliya [Nature-like technologies are the basis for sustainable development of agriculture]. Zemledelie, no 2, pp. 3-6.
About the author:
8. Kudeyarov V.N., Kurganova I.N. (2005). Respiration of Russian soils: Database analysis, long-term monitoring, and general estimates. Eurasian Soil Science, Vol. 38, no 9, pp. 983-992.
9. Novikov S.A., ShevchenkoV.A., Solov'ev A.M., Firsov I.P. & Gasparyan I.N. (ed) (2014). Ehffektivnye priemy okul'turivaniya zalezhnykh zemel' v Nechernozemnoi zone Rossii [Effective methods of reculturation of fallow lands in the non-Chernozem zone of Russia]. Moscow: «RosinformagroteKH».
10. Kosolapov V.M., Kutuzova A.A., Privalova K.N., Geor-giadi N.I. (ed) (2017). Metodika ehffektivnogo osvoeniya raznovozrastnykh zalezhei na osnove mnogovariantnykh tekhnologii pod pastbishcha i senokosy i ocherednosti voz-vrata ikh v pashnyu v Nechernozemnoi zone RF [Method of effective development of different-age deposits based on multivariate technologies for pastures and haymaking and the order of their return to arable land in the non-Chernozem zone of the Russian Federation]. Moscow: VNII kormov im. V.R. Vil'yamsa.
11. Gulyuk G.G., Semenov N.A., Shuravilin A.V., Suriko-va N.V. (2018). Osvoenie dolgoletnei zalezhi pri vozdelyvanii seyanykh zlakovykh trav [Development of long-term deposits in the cultivation of seeded grasses] Melioratsiya i vodnoe khozyaistvo, no 4, pp. 2-5.
12. Vasil'ev S.M., Domashenko Yu.E., Mityaeva L.A., Lyashkov M.A. (2018). Tekhnologicheskie skhemy udalen-iya drevesno-kustarnikovoi rastitel'nosti pri provedenii kul'turtekhnicheskikh rabot [Technological schemes for removing tree and shrub vegetation during crop engineering works]. Nauchnyi zhurnal Rossiiskogo NII problem meliorat-sii, no 4 (32), pp. 126-145.
13. Efimov V.N., Ivanov A.I. (2001). Degradatsiya khoro-sho okul'turennykh dernovo-podzolistykh pochv [Degradation of well-cultivated sod-podzolic soils]. Doklady Rossiiskoi akademii sel'skokhozyaistvennykh nauk, no 6, pp. 21-23.
14. Ivanov A.I., Ivanova Zh.A., Vorob'ev V.A., Tsygano-va N.A. (2016). Agroehkologicheskie posledstviya dlitel'nogo
ispol'zovaniya defitsitnykh sistem udobreniya na khorosho okul'turennykh dernovo-podzolistykh pochvakh [Agroecological consequences of long — term use of scarce fertilizer systems on well-cultivated sod-podzolic soils]. Agrokhimiya, no 4, pp. 10-17.
15. Ivanov A.I., Vorob'ev V.A., Ivanova Zh.A. (2015). Sovremennye degradatsionnye protsessy v khorosho okul'turennykh dernovo-podzolistykh pochvakh [Modern degradation processes in well-cultivated sod-podzolic soils]. Problemy agrokhimii i ehkologii, no 3, pp. 15-19.
16. Litvinovich A.V. (2009). Postagrogennaya ehvolyutsi-ya khorosho okul'turennykh dernovo-podzolistykh pochv Nechernozemnoi zony [Postagrogenic evolution of well-cultivated sod-podzolic soils of the non-Chernozem zone]. Agrokhimiya, no 7, pp. 85-93.
17. Litvinovich A.V., Khammam A.A. M., Lavrishchev A.V., Pavlova O.Yu. (2016). Meliorativnye svoistva i udobritel'naya tsennost' razlichnykh po razmeru fraktsii biouglya (po dan-nym laboratornykh ehksperimentov) [Reclamation properties and fertilizing value of different size fractions of bio-coal (according to laboratory experiments)]. Agrokhimiya, no , pp. 39-46.
18. Sokolik G.A., Ovsyannikova S.V., Ivanova T.G., Pope-nya M.V., Voinikova E.V. (2015). Kharakteristika dernovo-pod-zolistykh pochv posle vneseniya biouglya [Characteristics of sod-podzolic soils after application of biochar]. Vestsi NAN Belarusi, no 2, pp. 87-94.
19. Rizhiya E.Y.,Buchkina N.P., Mukhina I.M., Belinets A.S., Balashov E.V. (2015). Effect of Biochar on the Properties of Loamy Sand Spodosol Soil Samples with Different Fertility Levels: A Laboratory Experiment. Eurasian Soil Science, Vol. 48, no 2, pp. 192-200.
20. Onuchkina O.L., Korneva, I.A. (2018). Ustoichivost' sortov klevera lugovogo k stressovym faktoram kisloi der-novo-podzolistoi pochvy [Resistance of meadow clover varieties to stress factors of acidic sod-podzolic soil]. Sel'skoe khozyaistvo, no 2, pp. 1-8.
Aleksei I. Ivanov, doctor of agricultural sciences, professor, corresponding member of the Russian academy of sciences, chief researcher, head of the department of physical and chemical melioration and experimental affairs, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1502-0798, [email protected]
Zhanna A. Ivanova, candidate of agricultural sciences, senior researcher of the department of physical and chemical melioration and experimental affairs, ORCID: http://orcid. org/0000-0002-3138-8285, [email protected]
Ivan V. Sokolov, junior researcher, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-2695-8036, [email protected].
30 -
INTERNATIONAL AGRICULTURAL JOURNAL № 2 (374) / 2020
www.mshj.ru
