CC BY
3
ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
УДК 631.58:631.421.1(470-25) DOI: 10.24412/1029-2551-2021-4-001
АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПОД КУЛЬТУРАМИ ЗЕРНОПРОПАШНОГО СЕВООБОРОТА
А.И. Беленков, д.с.-х.н., Д.В. Береза
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, e-mail: belenokaleksis@mail.ru
В 2007 г. в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева создан Центр точного земледелия (ЦТЗ), основу которого составляет полевой опыт по изучению сравнительной эффективности точной и традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур. В исследовании, проведенном в 2018-2019 гг., показано влияние приемов обработки на агрохимические и отдельные биологические показатели почвы, а также на урожайность картофеля и ячменя. Представлены основные статистические характеристики почвенных свойств исследуемых участков, занятых посадками картофеля и посевами ячменя. Дан анализ возможности прогноза урожайности сельскохозяйственных культур, имея предварительные данные о среднем за вегетацию содержании гумуса и элементов минерального питания с достаточной степенью обоснованности. И наоборот, имея сведения по продуктивности агроценозов с высокой степенью вероятности можно предположить закономерности в изменениях питательного режима почвы. Средняя по вариантам урожайность картофеля в 2018 г. составила от 23 до 27 т/га. Урожайность ячменя в 2019 г. колебалась в пределах 2,3-2,9 т/га.
Ключевые слова: Центр точного земледелия, дерново-подзолистая почва, гумус, азот, фосфор, калий, биологическая активность и токсичность почвы, обработка почвы, точная и традиционная технология, картофель, ячмень, урожайность.
AGROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF SODDY-PODZOLYC SOIL UNDER CROPS OF GRAIN CROP ROTATION
Dr.Sci. A.I. Belenkov, D.V. Bereza
Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA), e-mail: belenokaleksis@mail.ru
The Center for Precision Agriculture was founded at the Russian Timiryazev State Agrarian University (RSAU-MTAA) in 2007. The basement of it - field experience in studying the comparative effectiveness of precise and traditional technology of cultivation of agricultural crops. A study carried out in 2018-2019 shows the effect of processing techniques on agrochemical and individual biological parameters of the soil, as well as on the yield of potatoes and barley. The main statistical characteristics of the soil properties of the studied plots occupied by potato and barley crops are presented. The analysis of the possibility offorecasting the productivity of agricultural crops is given, having preliminary data on the average content of humus and mineral nutrition elements for the vegetation period with a sufficient degree of validity. And vice versa, having information on the productivity of agrocoenosis with a high degree ofprobability, we can assume patterns in changes in the nutrient regime of the soil. The average potato yield for the variants in 2018 ranged from 23 to 27 t/ha. The barley yield in 2019 ranged from 2.3-2.9 t/ha.
Keywords: Precision Agriculture Center, soddy-podzolic soil, humus, nitrogen, phosphorous, potassium, soil biological activity and toxicity, soil treatment, precision and traditional technology, potato, barley, yield.
В 2007 г. в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева создан Центр точного земледелия (ЦТЗ), основу которого составляет полевой опыт по изучению сравнительной эффективности точной и традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Обе технологии предусматривают применение одних и тех же машин и орудий, при этом первая выполняется с использованием навигационного
оборудования системы GPS для управления работой агрегатов, вторая - подразумевает, что техника эксплуатируется механизаторами глазомерно вручную. Помимо этого в четырехпольном зернопропашном севообороте (викоовсяная смесь на корм - озимая пшеница с пожнивным посевом горчицы на сидерат - картофель - ячмень) изучали три варианта обработки почвы (отвальная, минимальная и нулевая).
3 - традиционная технология, минимальная обработка
4 - традиционная технология, отвальная обработка
Рис. 1. Схема отбора почвенных проб
Первый содержал обработку оборотным плугом EurOpal на 20-22 cм под все культуры, второй - обработку культиватором Regasus на 12-14 см под картофель и ячмень. Вариант «нулевой» обработки (прямой посев сеялкой DMC-3 без предварительной механической обработки) применяли только под озимую пшеницу и вику с овсом на корм [1-4].
Цель исследований - оценка агрохимических свойств дерново-подзолистой почвы под культурами зернопропашного севооборота в полевом опыте Центра точного земледелия с применением ГИС-технологий.
Объекты и методы. Отбор почвенных проб осуществляли согласно схемы (рис. 1), представляющей собой сетку из 64 ячеек, с которых было отобрано 128 проб (с двух глубин 0-10 и 10-20 см).
Почвенные образцы проанализированы в лаборатории кафедры земледелия и МОД РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. В образцах определяли: рН потен-циометрически; содержание органического вещества (гумуса) спектрофотометрически; подвижный фосфор - по Кирсанову фотометрически; обменный калий - по Кирсанову методом фотометрии пламени.
Для интерполяции полученных данных выбран метод обычного кригинга (ordinary kriging), важным преимуществом которого по сравнению с другими методами интерполяции (например - методом обратных расстояний) служит наличие ошибки предсказания, то есть вычисляется не только точечная, но и интервальная оценка для предсказанных значений. Другим преимуществом является учет особенностей пространственного варьирования (радиуса корреляции, анизотропии), отражающейся в построении модели вариограммы (рис. 2).
i-i 2п
Рис. 2. Схема работы метода кригинг
Агрохимический вестник • № 4 - 2021
1. Основные статистические характеристики почвенных свойств участка, 2018 г.
Параметр Минимум Нижний квартиль Среднее Верхний квартиль Максимум
рНн2О (0-10 см) 5,23 5,48 5,63 5,82 6,87
рНн2о (10-20 см) 5,30 5,57 5,75 5,94 7,13
рНю (0-10 см) 3,91 4,14 4,27 4,41 6,04
рНю (10-20 см) 3,94 4,25 4,44 4,69 5,98
Содержание K2O в слое 0-10 см, мг/кг 194,27 285,94 297,21 319,39 365,47
Содержание K2O в слое 10-20 см, мг/кг 176,93 211,10 256,93 282,53 324,51
Содержание P2O5 в слое 0-10 см, мг/кг 124,66 180,88 218,12 257,67 384,49
Содержание P2O5 в слое 10-20 см, мг/кг 128,55 210,21 238,56 292,96 377,77
Содержание гумуса (0-10 см), % 1,03 1,94 2,36 2,75 3,93
Содержание гумуса (10-20 см), % 0,84 1,80 2,34 2,81 4,24
Выбор метода определен целью исследования, а также особенностями исходных данных и характером явления. Кригинг был признан лучшим для интерполяции горизонталей слаборасчлененного рельефа. В отличие от других методов интерполяции кригинг дает картину, схожую с натуральной. Метод кригинга имеет несомненное преимущество в том, что позволяет оценить точность предсказания в каждой точке [5-9].
Результаты исследований. В таблице 1 представлены основные статистические характеристики почвенных свойств исследуемого участка, занятого посадками картофеля сорта Метеор.
Актуальная кислотность в среднем варьировала от 5,48 (нижний квартиль) до 5,82 (верхний квартиль) в слое почвы 0-10 см и от 5,57 до 5,94 в слое 10-20 см. Минимальное значение актуальной кислотности как для слоя 0-10 см (5,23), так и для слоя 10-20 см (5,30) отмечено на варианте точная технология с минимальной обработкой. Максимальное значение pHшo в слое почвы 0-10 см (6,87) отмечено на варианте традиционная технология по минимальной обработке, в слое 10-20 см (7,13) - на варианте традиционная технология, отвальная обработка.
Обменная кислотность в среднем варьирует от 4,14 (нижний квартиль) до 4,41 (верхний) в слое почвы 0-10 см и от 4,25 до 4,69 в слое 10-20 см. Минимальное значение pHкa как для слоя 0-10 см (3,91), так и для слоя 1020 см (3,94) отмечено на варианте традиционная технология, отвальная обработка. Максимальное значение pHкa как для слоя 010 см (6,04), так и для слоя 10-20 см (5,98) отмечено на варианте точная технология, отвальная обработка. В среднем почвы под картофелем можно оценить как сильнокислые, однако, встречаются также очень сильно, менее кислые, вплоть до нейтральной.
Содержание обменного калия в среднем варьировало от 285,94 мг/кг почвы (нижний
квартиль) до 319,39 мг/кг почвы (верхний) в слое почвы 010 см и от 211,10 до 282,53 мг/кг почвы в слое 10-20 см. Минимальное содержание обменного калия в слое 0-10 см (194,27 мг/кг почвы) отмечено на варианте точная технология, отвальная обработка, в слое 10-20 см (176,93 мг/кг почвы) - на варианте точная технология, минимальная обработка. Максимальное значение в слое 0-10 см (365,47 мг/кг почвы) наблюдается на варианте традиционная технология, отвальная обработка, в слое 10-20 см (324,51 мг/кг почвы) -на варианте традиционная технология, минимальная обработка.
Содержание подвижного фосфора в среднем варьирует от 180,88 мг/кг почвы (нижний квартиль) до 257,67 мг/кг почвы (верхний квартиль) в слое почвы 0-10 см и от 210,21 до 292,96 мг/кг почвы в слое 10-20 см. Минимальное содержание подвижного фосфора в слое 0-10 см (124,66 мг/кг почвы) отмечено на варианте точная технология, отвальная обработка, в слое 10-20 см (128,55 мг/кг почвы) на варианте - точная технология, минимальная обработка. Максимальное значение как в слое 0-10 см (384,49 мг/кг почвы), так и в слое 10-20 см (377,77 мг/кг почвы) отмечено на варианте традиционная технология, отвальная обработка.
Содержание гумуса в слое 0-10 см согласно результатам анализов варьирует от 1,03% (точная технология, минимальная обработка) до 3,93% (традиционная технология, отвальная обработка). В слое 10-20 см - от 0,84 до 4,24% на варианте традиционная технология, минимальная обработка [10].
В таблице 2 представлена агрономическая оценка слоя почвы 0-10 см по степени кислотности и содержанию питательных веществ.
Для учета биологической активности почвы использовали метод полотен (рис. 3). На срок 55 дней в почву были заделаны по различным точкам регулярной сетки 8 полотен. В 2018 г. биологическая активность почвы была выше на варианте с отвальной обработкой в сравнении с минимальной,
2. Оценка почв (слой 0-10 см) по степени кислотности и содержанию питательных веществ
Параметр Разброс значений от нижнего до верхнего квартиля Класс (качественная оценка)
pHкcl 4,14-4,41 II (сильнокислые)
P2O5 181-258 мг/кг почвы V (высокое)
^ 286-319 мг/кг почвы VI (очень высокое)
Гумус 1,94-2,75% III (среднегумусированные)
3. Учет хозяйственной урожайности картофеля сорт Метеор, т/га
Повтор-ность Точная технология (А) Традиционная технология (А)
отвальная (В) минимальная(В) отвальная (В) минимальная (В)
1 2 3 4 5
1 21,5 19,6 22,1 17,7
2 30,0 21,5 31,9 23,8
1 2 3 4 5
3 26.4 23,3 24,2 21,6
4 27,2 24,7 31,3 23,1
1 2 3 4 5
5 28,0 23,5 30,0 26,3
6 28,4 22,8 22,0 26,8
7 2,70 28.8 25,7 22,1
8 31,0 28,1 20,0 26,1
9 31,3 30,5 23,0 20,8
10 25,9 30,0 25,2 25,0
Средняя 27,4 25,2 25,5 23,3
НСР (А) 2,02 т/га, НСР (В) 2,11 т/га.
Показатель
Биологическая активность почвы, мг распада полотна
Биологическая Токсичность
почвы, %
Урожайность картофеля, т/га
Иллюстрация показателя
Рис. 3. Пространственное изменение агрохимических показателей под картофелем, 2018 г.
что связано с повышенной степенью аэрации пахотного слоя. Биологическую токсичность почвы определяли по проросткам овса в образцах, взятых по той же схеме, по которой были заложены хлопчатобумажные полотна, в четырехкратной повторности. В 2018 г. максимальные значения токсичности зафиксированы на варианте с минимальной обработкой почв. Менее токсичной она была по вспашке [11-13].
Урожайность картофеля в 2018 г. учитывали по 40 учетным площадкам, 1 м2 каждая (табл. 3). На рисунке 3 проиллюстрированы картограммы значений биологической активности и токсичности почвы, урожайности картофеля в зависимости от вариантов в полевом опыте ЦТЗ [13].
4. Взаимосвязь агрохимических
показателей и гумуса с урожайностью ячменя в 2019 г.
Обработка № Гумус, % Общий азот, % Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг Урожайность,
почвы 0-10 см 10-20 см 0-10 см 10-20 см 0-10 см 10-20 см 0-10 см 10-20 см т/га
Минимальная 1 2,3 1,8 0,2 0,28 90 131 180 174 2,91
2 1,2 1,3 0,26 0,13 114 200 132 208 2,36
3 2,0 0,8 0,22 0,21 191 113 390 294 2,79
4 1,3 0,8 0,3 0,2 72 150 242 177 2,45
5 1,7 0,8 0,21 0,35 158 68 204 236 2,61
6 2,2 0,9 0,2 0,18 168 209 202 142 2,88
7 2,0 1,9 0,16 0,17 234 198 151 280 2,76
8 2,7 1,7 0,31 0,13 122 108 202 157 3,01
9 2,0 1,0 0,19 0,25 144 90 234 252 2,69
10 1,4 1,1 0,22 0,15 144 90 162 150 2,45
11 1,3 0,7 0,18 0,12 162 162 154 148 2,31
12 1,1 1,0 0,21 0,17 90 36 200 148 2,23
13 2,0 1,2 0,11 0,11 63 168 159 193 2,65
14 2,1 1,0 0,7 0,23 122 133 228 402 2,69
15 1,5 0,9 0,22 0,25 180 108 136 169 2,54
16 2,6 2,2 0,13 0,23 149 144 158 226 2,93
Отвальная 1 1,8 1,7 0,15 0,18 147 148 282 208 2,47
2 1,9 1,5 0,15 0,25 124 136 286 168 2,55
3 2,3 1,9 0,19 0,21 132 173 171 216 2,75
4 2,0 1,8 0,21 0,17 189 207 206 274 2,62
5 1,3 0,8 0,16 0,16 130 90 130 98 2,26
6 0,9 0,5 0,22 0,2 149 189 222 150 2,23
7 1,0 0,8 0,2 0,09 224 90 170 154 2,26
8 2,1 1,4 0,14 0,15 132 133 216 192 2,69
9 2,3 1,6 0,16 0,24 234 90 147 182 2,77
10 2,1 1,2 0,19 0,19 126 173 151 190 2.44
11 1,8 1,6 0,11 0,22 147 185 160 256 2,57
12 2,2 1,8 0,12 0,25 133 148 155 186 2,72
13 2,4 1,3 0,19 0,21 173 197 216 165 2,82
14 1,6 1,5 0,15 0,12 139 142 296 163 2,34
15 2,5 2,3 0,16 0,2 225 213 208 220 2,88
16 1,6 1,5 0,15 0,22 149 224 164 202 2,48
5. Распределение урожайности ячменя по группам и соответствующее им
Обработка Группа Частота Гумус, Общий азот, Р2О5, К2О,
почвы урожайности, т/га встречаемости % % мг/кг мг/кг
Минимальная 2,25-2,44 3 1,1 0,18 127 165
2,45-2,64 4 1.2 0,20 135 185
2,65-2,84 5 1,3 0,20 145 226
2,85-3,04 4 1,6 0,22 140 174
Отвальная 2,12-2,31 3 1,0 0,17 148 156
2,32-2,51 4 1,6 0,17 152 207
2,52-2,71 4 1.8 0,18 157 220
2,72-2,91 5 1.9 0,19 165 189
В 2019 г. в полевом опыте ЦТЗ решали вопросы влияния обработки почвы на содержание гумуса и элементов минерального питания дерново-подзолистой почвы под ячменем [4, 14, 15]. На основании исследований сделана попытка установить взаимосвязь отдельных агрохимических показателей и урожайности ячменя по отдельным точкам отбора и учета (табл. 4).
Было выбрано 16 точек отбора почвенных проб, к которым были привязаны 16 учетных площадок при
определении хозяйственной урожайности ячменя, т.е. комбинации агрохимических показателей той или иной точки их определения соответствовала территориальная урожайность. Поскольку значительное количество изучаемых точек не могло дать объективную оценку действительного содержания гумуса и питательных веществ, было принято решение объединить близкие по урожайности точки учета в группы и усреднить внутри каждой агрохимические показатели. В результате этого установлены
определенные закономерности соответствия агрохимических показателей и содержания гумуса той или иной величине урожайности ячменя и наоборот, зная урожайность культуры в пространстве можно судить о предполагаемом содержании элементов питания по вариантам обработки почвы (табл. 5).
Например, урожайности ячменя по минимальной обработке, относящейся к группе 2,85-3,04 т/га, в которую входили 4 точки учета соответствовали показатели содержания гумуса 1,6%, общего азота 0,22%, фосфора 140 мг/кг почвы, калия 174 мг/кг почвы. Для урожайности ячменя в интервале 2,722,91 т/га, по которой отмечали 5 точек учета, перечисленные показатели соответственно были равны 1,9%, 0,19%, 165 и 189 мг/кг почвы.
Таким образом, можно сделать вывод о достаточно обусловленной взаимосвязи отдельных агрохимических показателей плодородия почвы с урожайностью картофеля и ячменя. Вследствие чего подтверждаем возможность вероятностного прогноза урожайности сельскохозяйственных культур, имея предварительные данные в среднем за вегетацию о содержании гумуса и элементов минерального питания с достаточной степенью обоснованности. И наоборот, имея сведения по продуктивности агроценозов, с высокой степенью вероятности можно предположить некие закономерности в изменении питательного режима почвы.
Литература
1. Беленков А.И., Железова С.В., Березовский Е.В., Мазиров М.А. Элементы технологии точного земледелия в полевом опыте РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева // Известия ТСХА, 2011, Вып. 6. - С. 90-100.
2. Беленков А.И., Полин В.Д., Железова С.В. Результаты полевого опыта Центра точного земледелия РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева // Нивы России, 2018, № 5(160). - С. 42-57.
3. Тюмаков А.Ю., Сабо У.М., Беленков А.И. Внедрение и освоение технологии точного земледелия в полевом опыте // Агрохимический вестник, 2014, № 4. - С. 2-8.
4. Беленков А.И., Сабо У.М., Малахов Н.В. Изучение влияния технологии обработки на плодородие дерново-подзолистой почвы в полевом опыте Центра точного земледелия // Агрохимический вестник, 2016, № 3. - С. 28-31.
5. Якушев В.П., Полуэктов Р.А., Смоляр Э.И., Топаж А.Г. Точное земледелие (аналитический обзор) // Агрохимический вестник, 2001, № 5. - С. 28-34.
6. Якушев В.П., Полуэктов Р.А., Смоляр Э.И., Топаж А.Г. Использование ГИС в точном земледелии (аналитический обзор) // Агрохимический вестник, 2002, № 1. - С. 34-39.
7. Якушев В.П., Полуэктов Р.А., Смоляр Э.И., Топаж А.Г. Оценка технологий точного земледелия: аналитический обзор // Агрохимический вестник, 2002, № 3. - С. 36-40.
8. Якушев В.П., Буре В.М., Митрофанова О.А., Митрофанов Е.П. Оценка внутриполевой изменчивости для точного земледелия с помощью вариограммного анализа спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2020, Т. 17, № 2. - С. 261-269.
9. Малов А.А. Применение метода кригинга для оценки урожайности яровой пшеницы // Вестник Чувашской государственной сельскохозяйственной академии, 2017, № 2. - С. 33-38.
10. Belenkov A., Mazirov M., Arefieva V. Theoretical and practical aspects of basic soil treatment in the conditions of modem soil management systems in Russia // Eurasian Journal of Soil Science, 2018, № 7. - Р. 300-307.
11. Малахов Н.В. Эффективность разноглубинной заделки пожнивного сидерата и соломы в повышении плодородия почвы и продуктивности севооборота в ЦР НЧЗ: автореф. к.с-х.н. - 06.01.01. - М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2019. - 22 с.
12. Беленков А.И., Шевченко В.А., Трофимова Т.А., Шачнев В.П. Научно-практические приемы совершенствования обработки почвы в современных адаптивно-ландшафтных системах земледелия: монография. - М.: Инфра-М, 2019. - 279 с.
13. Гаврилова В.И., Герасимова М.И. Целлюлозолитическая активность почв: методы измерения, факторы и экологогео-графическая изменчивость // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение, 2019, № 1. - С. 23-27.
14. Железова С.В., Мельников А.В., Беленков А.И. Урожайность озимой пшеницы и ярового ячменя на дерново -подзолистой почве при длительном применении традиционной и ресурсосберегающей обработки // Кормопроизводство, 2019, № 10. - С. 14-19.
15. Belenkov A., Peliy A., Vasyukova A., Burlutskiy V., Borosina E., Diop A., Moskin A. Impact of various cultivation technologies on productivity of potato (Solanum tuberosum) in central Non-Chernozemic zone of Russia // Research on crops, 2020, № 3 (September). - Р. 67-74.
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ АВТОРОВ
Уважаемые авторы! Обращаем Ваше внимание, что на сайте https://agrochemv.ru/ru/rules обновлена информация об оформлении рукописей статей, направляемых для рассмотрения в редакцию нашего журнала. Дополнительно размещен образец сопроводительного письма, которое должно быть приложено к каждой рукописи.
Особое внимание обращаем на Вашу заинтересованность в правильном указании кодов УДК с включением в их состав региона (страна, область) проведения исследования, т.к. это помогает найти Ваши публикации для цитирования. Также необходимо максимально правильно указывать английское написание фамилий и инициалов ВСЕХ соавторов и мест их работы, что также потенциально увеличит Ваше цитирование.
Дополнительно напоминаем, что ответственность авторов лежит на качественной подготовке аннотаций и подборе ключевых слов, а также их переводу на английский язык.
