CC BY
14
АГРОНОМИЯ
УДК 631.6.02.:631.445.4(470.56)
Агротехнические приёмы предотвращения эрозионных процессов в степной зоне Южного Урала*
Н.А. Максютов, д-р с.-х. наук, профессор; А.А. Зоров, канд. с.-х. наук;
В.Ю. Скороходов, канд. с.-х. наук; Д.В. Митрофанов, канд. с.-х. наук;
Ю.В. Кафтан, канд. с.-х. наук; Н.А. Зенкова, канд. с.-х. наук
ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН
В статье приводятся результаты многолетних стационарных исследований, направленных на предотвращение эрозионных процессов на склоновых землях Оренбургской области. На склоновых землях крутизной 1 - 3° в результате контурно-полосной организации была полностью решена проблема защиты почвы от эрозии в системе зернопарового севооборота с чёрным паром. При этом потери влаги сократились на 30 %, почвы - на 50 %, выход продукции повысился в 4,2 раза в сравнении с полями без их защиты. Многолетние стационарные исследования показали, что потери гумуса от водной эрозии в чёрном пару составляют около 3 т на 1 га, замена его почвозащитным паром полностью устраняет её, кроме того, он даёт дополнительную кормовую продукцию до 160 ц с 1 га зелёной массы суданской травы и обогащает почву пожнивными и корневыми остатками сухой массы 25,5 ц с 1 га. Применение вместо глубокой основной плоскорезной обработки в чёрном пару минимальной в раннем пару сокращает потери нитратного азота на 30 % без снижения урожайности яровой пшеницы. Существенные потери гумуса в паровом поле происходят и вследствие частого его парования. Так, его количество в чёрном пару шестипольного севооборота за 8 лет составляло в пахотном слое 141,0 т на 1 га, в бессменном отвальном и плоскорезном парах - 114,2 и 127,7 т на 1 га, потери составили соответственно 26,8 и 13,3 т на 1 га.
Ключевые слова: эрозия, ветровая, биологическая, водная, гумус, нитратный азот, севооборот, пар, плодородие.
Эрозионные процессы наносят колоссальный ущерб плодородию почвы и экологии окружающей среды. В Оренбургской области водной эрозии в различной степени подвержено 2214,9 тыс. га, ветровой - 279,4 тыс. га, совместной водной и ветровой - 192,1 тыс. га. Площадь дефляционно-опасной пашни составляет 5304,3 тыс. га из общей её площади 6240 тыс. га [1].
Одной из основных причин эрозионных процессов является повсеместное применение отвальной вспашки. Она применялась и при освоении целинных земель в 50-е годы прошлого столетия.
В резко засушливом 1967 г. ветровая эрозия проявилась на громадной территории Казахстана, России, в том числе и в Оренбургской области. Пыльные бури весной наблюдались не только на паровых полях, но и на зяби, в результате чего был потерян верхний плодородный слой почвы. В борьбе с этим негативным явлением впервые в целинных районах восточной зоны Оренбуржья стала внедряться почвозащитная система обработки почвы, полностью предотвращающая ветровую и в значительной степени водную эрозию.
Научно-исследовательскими учреждениями Оренбургской области в настоящее время разработаны агротехнические приёмы, позволяющие защитить почву от всех видов эрозии.
Материал и методы исследования. Изучение этой важной проблемы ведётся в длительных
стационарных опытах в ФГУП «Советская Россия» Адамовского района и в бывшем ОПХ им. Куйбышева Оренбургского НИИСХ с 1987 г. и 1990 г. соответственно и по настоящее время.
Исследование в стационарном опыте ФГУП «Советская Россия» проводится на склоне 1 - 3° по контурно-полосному земледелию в системе зернопарового севооборота с чередованием: пар чёрный - яровая твёрдая пшеница - яровая мягкая пшеница - ячмень.
Площадь под опытом равна 48 га, буферные полосы многолетних трав занимают 10,8 га, однорядовые кустарники из золотистой смородины (реписа) - 1,2 га. Изучаются три склона по крутизне: верхняя часть - 2 - 3°, средняя - 1 - 2° и нижняя - 0 - 1°. Основная обработка почвы -глубокая безотвальная.
В стационарном опыте бывшего ОПХ им. Куйбышева изучаются шестипольные севообороты с чёрными, почвозащитными и сидеральными парами под озимые и яровую твёрдую пшеницу, а также бессменные посевы с.-х. культур и бессменные пары с отвальной и безотвальной основными обработками почвы.
Исследования в стационарах ведутся согласно принятым государственным методикам по земледелию.
Почва стационарных опытов - чернозём южный тяжелосуглинистый среднемощный с примерно одинаковыми показателями. Содержание гумуса составляет 4,0 - 4,3 % в пахотном слое
* Исследование выполнено в соответствии с планом НИР на 2018 - 2020 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН по теме № 07612019-0003).
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 3 (83)
0 - 30 см почвы, общего азота - 0,20 - 0,31 %, общего фосфора - 0,14 - 0,22 %, доступного фосфора - 1,5 - 2,5 мг, обменного калия - 30 - 38 мг на 100 г почвы, реакция почвенного раствора -нейтральная (рН 7,0) и слабощелочная (рН 8,1).
По данным Оренбургского гидрометеоцентра, в центральной зоне, где проводятся исследования, среднемноголетнее выпадение осадков за сельскохозяйственный год составляет 367 мм, за вегетационный период - 155 мм; по данным метеостанции Айдырля, на опытном поле восточной зоны - соответственно 316 и 178 мм.
Результаты исследования. Внедрение почвозащитной системы обработки почвы [2] с сохранением стерни в значительной степени ослабило эрозионные процессы почвы, особенно при зяблевой обработке. Однако проблема защиты паровых полей от водной, ветровой и биологической эрозии до конца не решена. Применяя под пар безотвальную основную обработку почвы в весенне-летний период, после 2 - 3-й культивации стерня на поверхности полностью уничтожается, и паровое поле становится не защищённым от эрозии, особенно если оно отводится под посев яровой пшеницы. Полосные посевы зерновых культур, чередуемые с паровым полем, до конца не решают задачу защиты от эрозии на склоновых землях, где часто наблюдается водная эрозия [3].
В связи с этим стационарный опыт, заложенный в 1987 г. в ФГУП «Советская Россия», в значительной степени защитил паровое поле от водной и ветровой эрозии.
Контурно-буферно-полосная организация на склонах, состоящая из многолетних трав и кустарниковых кулисных растений, сокращает потери влаги на 30 %, почвы - на 50 %, выход сельхозпродукции повышается в 4,2 раза, окупаемость затрат - около двух лет, в сравнении со склоном без этой организации [4].
Кроме того, на паровых полях без защиты смыв почвы в отдельные годы достигает от весеннего стока и летних ливневых дождей 100 т
с 1 га и более (рис. 1). На таких полях также отмечается ветровая эрозия, при этом теряется до 2 см плодородного слоя почвы (рис. 2).
На основании многолетних исследований по контурно-полосному земледелию было проведено внедрение почвозащитной системы обработки почвы в бывшем ОПХ им. Куйбышева Оренбургского НИИСХ на площади 770 га, в АО «Родина» Сакмарского района - 1200 га, ЗАО им. Ленина и ЗАО им. Калинина Ташлинского района - 5500 га.
В многолетнем стационарном опыте бывшего ОПХ им. Куйбышева проблема защиты почвы от эрозии решалась другими методами, а в борьбе с биологической эрозией парового поля впервые. Этот процесс практически не изучен в засушливых условиях степной зоны Южного Урала.
В борьбе с водной эрозией на основании многолетних исследований взамен чёрного пара под яровую пшеницу нами был разработан почвозащитный, который полностью сохраняет плодородие и защищает почву от водной эрозии. Потери гумуса по чёрному пару составляют до 3 т на 1 га. При этом урожайность яровой твёрдой пшеницы с 1 га снижается на 1,3 ц в сравнении с почвозащитным паром [5, 6].
Почвозащитный пар надёжно защищает почву и от ветровой эрозии. В первой половине лета почва защищена стернёй в результате основной зяблевой безотвальной обработки, во второй половине лета - посевом суданской травы. После её уборки проводится безотвальная обработка. Оставление стерни дополнительно накапливает снег и предохраняет почву от всех видов эрозии в весенний период, тогда как чёрный пар полностью подвержен этим процессам.
Наши исследования показывают, что основную роль в борьбе с ветровой эрозией играют стерня и комковатость на поверхности почвы. Несмотря на тяжёлый механический состав чернозёма южного, она наблюдалась в паровом поле под яровую твёрдую пшеницу. В результате многократных обработок пара (5 - 6 раз) верхний слой
Рис. 1 - Водная эрозия на паровом поле в ОПХ «Советская Россия».
Рис. 2 - Ветровая эрозия на паровом поле в ОПХ «Советская Россия».
распыляется, и почва становится податливой к ветровой эрозии.
Исследованиями было установлено, что почва приобретает устойчивость к ветровой эрозии, если отношение её комочков диаметром более 1 мм к комочкам менее 1 мм равно или меньше единицы [7]. При преобладании почвенных комочков диаметром меньше 1 мм почва, не за-щищённая живым или мёртвым покровом, легко подвергается ветровой эрозии [8]. Также была установлена её эродируемость во ВНИИЗ, в г на 1 см2 за 5 мин. [9 - 10], которая характеризует её устойчивость к ветровой эрозии, и она не должна превышать 50 г на 1 см2.
Самым защищённым от ветровой эрозии почвы в наших исследованиях является пар почвозащитный с летним посевом суданской травы (табл. 1). Наличие стерни в конце парования и комковатость почвы делают его устойчивым к ветровой эрозии, а эродируемость в 12 раз ниже, чем в чёрном пару. Наиболее эродируемые были бессменные отвальный и плоскорезный пары [11].
После посева яровой твёрдой пшеницы за счёт увлажнения почвы и её оструктуривания по всем видам пара отмечалась высокая её устойчивость к дефляции. Почва по эродируемости не превышала её порог 50 г на 1 см2 за 5 мин., но и здесь в этот период самым низким он был в почвозащитном пару.
Кроме водной и ветровой эрозии существенный ущерб плодородию почвы наносит биологическая эрозия, которая в основном проявляется в паровых полях, особенно при размещении по ним яровой пшеницы [12, 13].
В весенне-летний период парования в результате минерализации гумуса, по результатам наших исследований, его количество снижается
до 1,76 т на 1 га. В отдельные годы в конце парования нитратного азота накапливается в пахотном слое 0 - 30 см почвы до 250 мг на 1 кг почвы, тогда как для получения высокого урожая, по данным А.В. Сдобниковой, достаточно 10 мг на 1 кг [14]. Поэтому большая часть его теряется в результате водной эрозии в период снеготаяния вместе с почвой, загрязняя пруды и водоёмы. Другая часть нитратов опускается в нижние горизонты и становится недоступной для растений, определённая часть в результате денитрификации переходит в неусвояемую форму. Для борьбы с таким негативным явлением, как биологическая эрозия, нами разработаны приёмы, которые в значительной степени её ослабляют [15 - 18].
Наиболее эффективным из них является пар почвозащитный, он не только полностью устраняет водную и ветровую, но и биологическую эрозию (табл. 2).
В конце парования в чёрном пару нитратов накопилось 506,4 кг на 1 га, в почвозащитном в результате использования для формирования урожая суданской травы - всего 117,6 кг на 1 га. Перед посевом пшеницы количество нитратов было примерно одинаковым, но потери в чёрном пару составили 376,8, в почвозащитном - всего 2,4 кг на 1 га. Кроме того, по влиянию на урожайность твёрдой пшеницы почвозащитный пар не уступает чёрному при дополнительной кормовой продукции до 160 ц с 1 га зелёной массы суданской травы и обогащении почвы пожнивными и корневыми остатками.
Исследования показали, что замена чёрного пара с глубокой (табл. 3) безотвальной обработкой ранним с минимальной снижает минерализацию гумуса на 73 кг на 1 га нитратного азота в кон-
1. Элементы ветроустойчивости и эродируемость верхнего (0 - 5 см) слоя почвы в зависимости от вида пара (в среднем за 5 лет)
Вид пара В конце парования После посева яровой пшеницы
число стер-нинок, шт. на 1 м2 комковатость почвы, % эродируемость, г на 1 см2 за 5 мин. число стер-нинок, шт. на 1 м2 комковатость почвы, % эродируемость, г на 1 см2 за 5 мин.
Чёрный 0 56,7 70,5 0 66,3 30,3
Почвозащитный 185 65,9 5,9 64,7 77,4 4,0
Сидеральный 0 60,1 51,6 0 74,5 14,4
Бессменный чёрный отвальный 0 51,8 105,2 0 62,2 43,9
Бессменный чёрный плоскорезный 0 50,3 120,5 0 60,9 48,6
2. Потери нитратного азота в слое 0 - 30 см почвы в зависимости от вида пара, кг на 1 га
Вид пара Срок проведения наблюдений Потери за период парования, + или -
в начале парования в конце парования перед посевом яровой твёрдой пшеницы
Чёрный Почвозащитный 162,0 141,6 506,4 117,6 129,6 115,2 -376,8 -2,4
ИЗВЕСТИЯ ОРЕНБУРГСКОГО ГОСУдАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2020 • № 3 (83)
3. Потери нитратного азота в зависимости от способа основной обработки почвы
Вид пара и способ основной обработки почвы Содержание N-NО3 в слое 0 - 30 см почвы, кг на 1 га Потери N-NО3 во второй осенне-зимний период парования
в начале парования в конце парования перед посевом яровой твёрдой пшеницы кг на 1 га %
Чёрный, плоскорезный на глубину 25 -27 см (контроль) 224 545 152 393 100
Ранний с минимальной обработкой 227 472 204 269 70
Отклонение от контроля + или - +6,0 -73 +52 +24 30
4. Потери гумуса в чёрных парах в результате минерализации (биологической эрозии) в зависимости от способа основной обработки и длительности их парования
Способ основной обработки Количество гумуса в слое почвы 0 - 30 см, т на 1 га Потери гумуса в бессменных парах, т. на 1 га Ежегодные потери гумуса, т на 1 га
Пар чёрный отвальный в шестипольном севообороте (контроль) 141,0 - 1,7
Пар чёрный отвальный (бессменный 8 лет) 114,2 26,8 3,4
Пар чёрный плоскорезный (бессменный 8 лет) 127,7 13,3 1,7
Примечание: потери гумуса в паровом поле севооборота приведены по справочным данным.
це парования, а перед посевом яровой твёрдой пшеницы - на 30 %. Это эффективный способ ослабления биологической эрозии, при этом он не снижает урожайность яровой пшеницы.
Одной из причин снижения гумуса в почве паровых полей является частое их парование. Потери гумуса за 8 лет в бессменном отвальном пару составили 26,8 т с 1 га, в безотвальным -13,3 т, а ежегодные - соответственно 3,4 и 1,7 т на 1 га. На отвальном пару минерализация гумуса происходит более интенсивно (табл. 4).
Аналогичные данные получены в наших исследованиях и за 18 лет, когда в бессменном безотвальном пару потери его отмечены за этот период 0,6 абсолютного процента, при отвальной обработке - 0,8, от исходного количества - 4,9.
Выводы. На основании многолетних стационарных исследований было установлено:
1. На склоновых землях крутизной 1 - 3° при возделывании зерновых культур в системе четырёхпольного севооборота с чёрным паром на основе контурно-буферно-полосной организации решена проблема защиты почвы от всех видов эрозии.
Почвозащитный пар с летним посевом суданской травы защищает почву от всех видов эрозии и в сравнении с чёрным паром повышает урожайность пшеницы на 1,3 ц с 1 га. Кроме того, полностью сохраняется гумус, потери которого в чёрном пару от водной эрозии составляют около 3 т на 1 га.
2. Большой ущерб плодородию почвы и экологии наносит биологическая эрозия. В результате минерализации гумуса за период парования накапливается большое количество нитратного азота, он непроизводительно теряется, засоряя реки и водоёмы. Замена чёрного
пара почвозащитным в значительной степени снижает его потери.
Применение вместо глубокой основной безотвальной обработки под чёрный пар минимальной в раннем пару сокращает потери нитратного азота на 30 %. Частое парование за счёт минерализации гумуса приводит к существенному его снижению. Плоскорезная обработка уменьшает потери гумуса в 2 раза, тем самым лучше сохраняет плодородие почвы.
Литература
1. Кислов А.В., Часовских Н.П. Сохранение и повышение плодородия почв в адаптивно-ландшафтном земледелии Оренбургской области. Оренбург, 2002. 294 с.
2. Хопренинов В.Д., Хопренинов С.В. Повышение почвозащитной устойчивости и продуктивности агроландшафтов в сухой степи Южного Урала // Проблемы земледелия, растениеводства и животноводства в степном регионе. Оренбург: Оренбургский НИИ сельского хозяйства, 1997. С. 79 - 89.
3. Водная эрозия в степях Южного Урала / А.И. Климентьев, А.А. Чибилёв, Ю.М. Нестеренко [и др.] // Водные ресурсы. 2010. Т. 37. № 1. С. 102 - 112.
4. Бискаев Н.К. Контурно-ландшафтное земледелие Оренбуржья в XXI веке // Наука и хлеб. Оренбург. 2002. № 9. С. 63 - 72.
5. Максютов Н.А., Жданов В.М., Абдрашитов Р.Р. Повышение плодородия почвы, урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур в полевых севооборотах степной зоны Южного Урала. Оренбург, 2012. 331 с.
6. Защита парового поля от эрозии на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья / Ю.В. Кафтан, В.Ю. Скороходов, А.А. Зоров [и др.] // Повышение эффективности сельскохозяйственного производства в степной зоне Южного Урала: матер. междунар. науч. конф. Оренбург: Изд-во ОренНИИСХ, 2012. С. 144 - 147.
7. Шульмейстер К.Г. Борьба с засухой и урожай. 2-е изд. пере-раб. и доп. М.: Агропромиздат, 1988. 263 с.
8. Бараев А.И. Почвозащитное земледелие. М.: Агропромиздат. 1988. 381 с.
9. Шиятый Е.И. Методика определения ветроустойчивости почв по показателям состояния поверхности почвы // Методические указания и рекомендации по вопросам земледелия. Целиноград: ВНИИЗХ, 1975. С. 16 - 17.
10. Шиятый Е.И. Теоретические и экспериментальные основы прогнозирования ветроэрозионных процессов при проектиро-
вании почвозащитных мероприятий в Северном Казахстане: дис. ... д-ра с.-х. наук. Шартанды, Целиноградская область, 1979. 475 с.
11. Состояние плодородия почв в Оренбургской области и основные приёмы его сохранения и повышения / Н.А. Максютов, А.А. Зоров, В.Ю. Скороходов [и др.] // Научное обеспечение инновационного развития сельского хозяйства в условиях часто повторяющихся засух: матер. междунар. науч. конф. / ФГБНУ «Оренбургский НИИСХ», Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2017. С. 33 - 40.
12. Тихонов В.Е. Динамика азота на различных парах // Аграрная наука. 1998. №5. С. 34 - 35.
13. Тихонов В.Е., Климентьев А.И. Роль азотного цикла в оптимизации режима органического вещества и реализации трансформационных функций почв // Тезисы докладов II съезда общества почвоведов России. СПб.: ВНИИЦ лесресурс. 1996. Кн. 1. С. 48 - 49.
14. Сдобникова О.В., Яговенко Л.Л. Систематическое применение удобрений, продуктивность культур севооборота и плодородие серой лесной почвы // Агрохимия. 1987. № 8. 17 с.
15. Биологические и ресурсосберегающие приёмы и технологии возделывания яровой твёрдой пшеницы в степной зоне Южного Урала / Н.А. Максютов, А.А. Зоров, В.Ю. Скороходов [и др.] // Научное обеспечение инновационного развития сельского хозяйства в условиях часто повторяющихся засух: матер. междунар. научн. конф. /ФГБНУ «Оренбургский НИИСХ». Оренбург: ООО «Агентство «Пресса», 2017. С. 167 - 181.
16. Максютов Н.А., Жданов В.М., Лактионов О.В. Биологическое и ресурсосберегающее земледелие в степной зоне Южного Урала. Оренбург, 2008. 232 с.
17. Скороходов В.Ю. Накопление и использование нитратного азота озимой рожью и яровой твёрдой пшеницей в весенне-летний период на чернозёмах южных Оренбургского Предура-лья // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Т. 101. № 3. С. 163 - 171.
18. Скороходов В.Ю., Зенкова Н.А. Образование и содержание гумуса в паровых полях севооборотов и бессменном пару на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья// Плодородие. 2019. № 6 (111). С. 28 - 32.
Максютов Николай Алексеевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник
Зоров Александр Алексеевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, заместитель директора
Скороходов Виталий Юрьевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Митрофанов Дмитрий Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник
Кафтан Юрий Васильевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Зенкова Наталья Анатольевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»
Россия, 460051, г. Оренбург, пр. Гагарина, 27/1
Е-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
Agrotechnical methods for preventing erosion processes in the steppe zone of Southern Urals
Maksyutov Nikolay Alekseevich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Chief Researcher
Zorov Alexander Alekseevich, Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher, Deputy Director
Skorokhodov Vitaliy Yuryevich, Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher
Mitrofanov Dmitry Vladimirovich, Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher
Kaftan Yuri Vasilievich, Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher
Zenkova Natalya Anatolyevna, Candidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher
Federal Reseach Center for of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Akademy of Sciences
27/1 Gagarin Ave, Orenburg, 460051, Russia
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
The article presents the results of many years of stationary research aimed at preventing erosion processes on the slope lands of the Orenburg region. On sloping lands with a steepness of 1 - 3° as a result of the contour-strip organization, the problem of protecting the soil from erosion in the grain-crop rotation system with black steam was completely solved. At the same time, moisture loss was reduced by 30 %, soil - by 50 %, the yield increased by 4.2 times in comparison with fields without their protection. Long-term stationary studies have shown that the loss of humus from water erosion in black steam is about 3 tons per 1 ha, replacing it with soil-protective steam completely eliminates it, in addition, it gives additional feed production up to 160 centners per 1 ha of green mass of Sudanese grass and enriches the soil crop and root residues of dry weight of 25.5 kg per 1 ha. The use of a minimum in the early pair instead of deep main flat-cutting processing in black steam reduces the loss of nitrate nitrogen by 30 % without reducing the yield of spring wheat. Significant losses of humus in the vapor field occur as a result of its frequent fallow. So its quantity in a black pair of six-field crop rotation for 8 years was in the arable layer of 141.0 tons per 1 ha, in permanent dump and plane-cutting pairs - 114.2 and 127.7 tons per 1 ha, the losses were 26.8 and 13, respectively, 3 t per 1 ha.
Key words: wind, biological, water erosion, humus, nitrate nitrogen, crop rotation, steam, fertility.
DOI 10.37670/2073-0853-2020-83-3-9-13
-♦-
