Научная статья на тему 'Дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы'

Дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
472
109
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КУЛЬТУРЫ / СЕВООБОРОТ / БАЛАНС ГУМУСА / БИОГЕННЫЕ РЕСУРСЫ

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Куликова Алевтина Христофоровна

Установлено, что в зависимости от накопления массы биогенных ресурсов в виде пожнивно-корневых остатков и соломы и их биохимического состава происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества в черноземе выщелоченном. Наиболее благоприятный режим органического вещества создается в почве зернотравяного севооборота с горохом и выводным полем люцерны.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

is established, that depending on accumulation of mass of biogenic resources in the form of the pozhnivno-root rests and straw and their biochemical structure there is a differentiation of crop rotations on influence on an organic substance mode in of leached black soil. The Optimum mode of an organic substance is created in soil the grain grassy a crop rotation with peas and a lucerne reserve field. Work is executed in 1988-1995 under a scientific management of professor V.I.Morozov, for what the author brings to it profound gratitude. Results of researches are published in a full kind for the first time.

Текст научной работы на тему «Дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы»

2.Крончев Н.И., Пырова С.А. // Использование биопрепарата экстрасола в технологии возделывания яровой пшеницы. -Вестник УГСХА, - Ульяновск, 2002.

3.Никитин С.Н. Эффективность применения биопрепаратов и минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур// Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки», Ульяновск, 2008.

4.Никитин С.Н., Галиакберов А.Г. // Эффективность биологических препаратов при возделывании яровой пшеницы. - Научные труды Ульяновского НИИСХ, Ульяновск 2010. Т. 19. -С.214-227.

5.Применение биопрепаратов и микроэлементов при подготовке семян сельскохозяйственных культур к посеву. - Научно-практическое руководство по проведению весенне-полевых работ в Ульяновской области на 2010 г. Ульяновск 2010. -С.35-42.

6. Кондрат С.В. Продуктивность и качество зерна полбы при инокуляции семян ассоциативными штаммами ризобактерий // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: «Естественные науки». М., 2006. С. 125-127.

7.Чеботарь В.К., Завалин А.А., Кипруш-кина Е.И. Эффективность проименения биопрепарата экстрасол.// Российский научный институт агрохимии, Москва, 2007.- 271с.

УДК 631.58+631.411.4

80-летию со дня рождения доктора с.-х. наук, профессора

В. И. Морозова посвящается

дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы

Куликова Алевтина Христофоровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры «Почвоведение, агрохимия и агроэкология»

ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» 432063, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1. Тел. 8(8422) 55-95-68, етаН:аагоес@ vandex.ru

Ключевые слова: сельскохозяйственные культуры, севооборот, баланс гумуса, биогенные ресурсы.

Установлено, что в зависимости от накопления массы биогенных ресурсов в виде пожнивно-корневых остатков и соломы и их биохимического состава происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества в черноземе выщелоченном. Наиболее благоприятный режим органического вещества создается в почве зернотравяного севооборота с горохом и выводным полем люцерны.

Работа выполнена в 1988-1995 гг. под научным руководством профессора В. И. Морозова, за что автор приносит ему глубокую благодарность. В полном виде результаты исследований публикуются впервые.

Введение

Влияние агроэкосистем на плодородие определяется прежде всего размерами и качеством поступающего в почву органического вещества, которые варьируют в широких пределах в зависимости от культуры, климатических и почвенных условий, техно-

логий возделывания.

Растительные остатки, поступающие в почву, подвергаются сложным процессам разложения, их минерализации и гумификации. Интенсивность и характер гумификации зависят от комплекса факторов, важнейшими из которых являются масса растительных остатков и их химический состав, гидротермические условия, биологическая активность, свойства минеральной части почвы [1; 2; 3; 4].

Для качественной оценки влияния поступающих в почву растительных остатков на режим органического вещества крайне важно установить нормативы этих процессов, так как прямое определение массы новообразований гумуса в конкретных экологических условиях методически затруднено. При этом, если известно отношение С^ в гумусовых веществах определенного типа почв, доминирующих в данном регионе, определение объема минерализованного гумуса вполне допустимо по выносу азота биомассой культур. Более сложна оценка количества растительных остатков и органических удобрений, трансформирующихся в гумусовые вещества, т.е. оценка коэффициентов гумификации. Литературные сведения показывают значительный разброс данных изогумусовых коэффициентов: от 0 (полная минерализация) до 50% и более. В связи с этим А.Д.Фокин (1993) считает, что более перспективна оценка баланса не гумуса, а углерода в агроэкосистеме, который определяется простым соотношением: баланс С равен суммарной биопродуктивности по углероду минус отчуждение биомассы из агроэкосистемы. Все показатели баланса могут быть определены экспериментально или рассчитаны.

В связи с вышеизложенным целью наших исследований, проведенных на базе экспериментальных севооборотов, заложенных и освоенных в 1975 году на опытном поле агрономического факультета под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора, Заслуженного деятеля науки и техники Ульяновской области, Почетного работника высшего профессионального образования РФ Владимира Ива-

новича Морозова, явилось изучение режима органического вещества в черноземе выщелоченном в зависимости от чередования культур в севооборотных ротациях.

Условия и методы исследований.

Исследования проводились в следующих севооборотах: зернопаровой (пар чистый - озимая рожь - яровая пшеница -овес); зерновой (горох - озимая рожь - яровая пшеница - овес); зернотравяной (горох - озимая рожь - викоовсяная смесь - люцерна (выводное поле) - яровая пшеница); зернопропашной (горох - озимая рожь -яровая пшеница - кукуруза - овес), а также бессменные посевы гороха, озимой ржи, яровой пшеницы, ячменя, овса и кукурузы.

До 1981 года все культуры в экспериментальных севооборотах возделывались на регулируемом фоне минерального питания с расчетом получения планируемых урожаев. С 1981 года в опыте стали применять навоз из расчета 8-10 т/га севооборотной площади, а с 1986 года - измельченную солому. Возделывание культур на разных фонах: расчетных доз минеральных удобрений, минеральных удобрений и навоза, совместного внесения органических, минеральных удобрений и соломы - при строгом учете пожнивно-корневых остатков (ПКО) и прямые определения содержания гумуса при этом позволили установить коэффициенты гумификации ПКО, навоза и соломы в условиях лесостепи Поволжья. Последние соответственно по углероду составляют

0,2; 0,25 и 0,3 [5]. Даже если установленные нами нормативы относительны, они дают возможность оценить основные потоки органического вещества в данной ситуации с тем, чтобы разработать рациональные приемы оптимизации гумусного состояния почвы.

Полевые опыты проводились на черноземе выщелоченном среднесуглинистом с исходным содержанием гумуса 5,95%, общего азота 0,34%, подвижных соединений фосфора и калия (по Чирикову) соответственно 143 и 190 мг/кг почвы, рНкс| 6,4.

Закладку и проведение опытов осуществляли согласно методике, предложен-

Расход гумуса (по углероду) в севооборотах за 1988-1995 гг.

Накопле- Источники азота, кг/га Минера-

но азота в фитомассе, кг/га Мине- ральные удобре- ния

Севоо- борот Культуры и пар Навоз Расти- тельные остатки Почва лизуется гумуса, кг/га

зерно- паро- вой Пар чистый Озимая рожь Яровая пшеница овес 174 143 137 27 27 27 50 30 20 27 24 24 70 62 66 2500 840 740 790

зерно- вой Горох Озимая рожь Яровая пшеница Овес 134 166 151 145 0 27 27 27 50 30 20 0 25 26 26 26 10 83 78 92 120 996 936 1104

зерно- травя- ной Горох Озимая рожь Вика+овес Люцерна Яровая пшеница 151 167 122 458 154 0 36 36 0 36 0 0 0 0 0 27 26 15 100 26 59 105 46 92 708 1260 552 1058

зерно- пропаш- ной Горох Озимая рожь Яровая пшеница Кукуруза Овес 149 161 150 181 137 0 27 27 32 27 50 30 20 0 0 26 25 26 19 24 13 79 77 130 86 156 948 920 2080 1032

ной Всесоюзным Координационным советом по севооборотам.

Посевная площадь делянок 280 м2, учетная 200 м2, повторность 3-х кратная. Анализы почвенных и растительных образцов проводили по общепринятым методикам.

Результаты и их обсуждение. В табли-

Новообразования гумуса в севооборо

цах 1 и 2 представлены объемы минерализации гумуса и его новообразования в севооборотах в среднем за 1988-1995 гг. При этом объемы минерализованного гумуса определяли с учетом соотношения углерода и азота в гумусовых веществах почвы севооборотов. При определении структуры источников азота коэффициенты его использования из минеральных удобрений, пожнив-

Таблица 2

за 1988-1995 гг.

Источники новообразования гумуса

Севоо- борот Культуры и пар навоз пожнивно-корневые остатки солома всего

кг/га % кг/га % кг/га % кг/га

Пар чистый 900 100 - - - - 900

зерно- паро- вой Озимая рожь 540 34,8 363 23,4 649 41,8 1552

Яровая пшеница 360 33,7 239 22,3 470 44,0 1069

Овес - - 234 30,6 531 69,4 765

Горох 900 68,8 117 8,9 292 22,3 1309

зерно- вой Озимая рожь 540 35,8 346 23,0 620 41,2 1506

Яровая пшеница 360 32,5 252 22,7 496 44,8 1108

Овес - - 247 30,6 561 69,4 808

6,2 -г

6 --

5,2

5

1976 год

горох

озимая рожь

яровая пшеница

--------1

1986 год

кукуруза

Рис. 1- Изменение содержания гумуса под бессменными культурами за 1976-1986 гг. (0-20 см)

но-корневых остатков и соломы принимали

0,4, навоза 0,5, что вполне можно считать доказанным [6]. Массу новообразованного гумуса определяли с использованием нормативов, приведенных выше.

Расчеты показывают, что, несмотря на внесение навоза 8-10 т/га севооборотной площади и оставление соломы, а также применение полных доз минеральных удобрений на планируемую урожайность, наблюдался значительный расход почвенного азота, а следовательно, и гумуса на формирование урожайности культур.

Доля почвенного азота при возделывании озимой ржи составляла от 40,2 до 62,9%, яровой пшеницы от 43,3 до 59,7%, овса от 48,2 до 63,4%, кукурузы - 71,8% от выноса. В то же время при возделывании бобовых культур в среднем она не превышала 20%. Соответственно меньше расходовалось и гумуса: минерализация под этими культурами от 1,5 до 7 раз была ниже, чем под зерновыми и составляла 120-156 кг/га в севооборотах с внесением навоза и до 708 кг/га без внесения его с использованием в качестве органических удобрений только соломы.

Вопрос о роли бобовых культур в восполнении запасов гумуса в почве достаточно спорный. По мнению одних авторов [7;

8], однолетние бобовые и злаково-бообо-вые смеси из-за быстрой минерализации надземной и корневой массы могут рассматриваться главным образом как источник питательных веществ и мало способствуют накоплению гумуса. По мнению М. И. Сидорова (1987) и других [10; 11], горох и другие бобовые культуры, обеспечивая микробиоценозы азотом и улучшая общую биоген-ность почвы, способствуют сохранению гумуса.

В связи с этим значительный интерес представляет динамика содержания гумуса под бессменными культурами (рис. 1).

Наибольшие потери общего углерода и азота наблюдались под кукурузой и составили за 11 лет 9,87 т/га в слое 0-20 см, или

0,90 т/га ежегодно. Зерновые колосовые обусловили примерно одинаковую убыль органического вещества почвы: от 0,59 (яровая пшеница) до 0,74 т/га (овес) общего углерода в слое 0-20 см ежегодно. В то же время результаты наших исследований показали, что если в слое 0-20 см под горохом и происходят потери общего углерода (0,21 т/га в год), то в слое 0-40 см наблюдается ежегодная его прибыль в количестве 0,28 т/га. Следовательно, в поддержании количества общего углерода и азота в почве на бездефицитном уровне заметную

Баланс гумуса в севооборотах за 1987-1995 гг., кг/га

Показатели Севообороты

зерно- паровой зерновой зерно- травяной зернопро- паш- ной

Вынос азота 114 149 210 156

Источники азота:

минеральные удобрения 20 20 21 23

навоз 25 25 0 20

растительные остатки 19 26 39 24

почва 50 65 60 77

азотфиксация бобовыми - 13 90 12

Минерализуется гумуса: 1218 789 716 1027

Новообразования гумуса:

из навоза 450 450 - 360

из пожнивно-корневых остатков 209 241 427 271

из соломы 413 492 289 390

всего 1072 1183 716 1021

Баланс гумуса -146 394 0 -6

роль может играть соотношение бобовых и не бобовых культур в севооборотах. Приведенные данные прямых определений содержания гумуса под культурами близки к расчетным с использованием нормативов, полученных нами, что подтверждает возможность использования их с достаточной достоверностью для оценки гумусного состояния черноземов лесостепи Поволжья, в том числе вклада каждой культуры в новообразование гумуса.

данные таблицы 3 показывают, что вклад источников органического вещества в новообразование гумуса различен. С пожнивно-корневыми остатками зерновых культур восполняется от 22,3 до 35,8% расхода гумуса в зависимости от видов севооборотов. Масса новообразованных из пожнивно-корневых остатков люцерны гумусовых веществ превосходит зерновые культуры от 3,2 до 4,8 раз. Меньше всего образуется гумуса под кукурузой - 388 кг/га.

Значителен вклад соломы в новообразование гумуса. Доля соломы в структуре энергетического материала для компенсации потерь гумуса под озимой рожью составляет от 40,7 до 64,2, под яровой пшеницей - от 44,0 до 66,4%. Внесение навоза по-

зволяет обеспечить положительный баланс гумуса под этими культурами. Под горохом в этих условиях он составляет более одной тонны на одном гектаре. Положительный баланс гумуса (1135 кг/га) создавался под люцерной, где в качестве энергетического материала в почву поступают только пожнивно-корневые остатки.

Исследования показали, что биогенные ресурсы, их количественный и качественный состав оказывают прямое влияние на гумусное состояние почвы в севооборотах, происходит дифференциация их по влиянию на режим органического вещества и в целом на плодородие почвы.

Несмотря на внесение навоза (10 т/га) и соломы зерновых культур (4 т/га), в зернопаровом севообороте масса растительных остатков, поступающих в почву, не обеспечивает компенсацию расхода гумуса на формирование урожаев культур.

При этом за счет пожнивно-корневых остатков восполняется 209 кг/га, или 17,1% от его минерализации в почве; за счет соломы 413 кг, или 33,9%; а некомпенсированные потери составляют 12%. Следовательно, внесение навоза в паровое поле с расчетом на весь севооборот (в нашем случае 40 т) не

Таблица 4

Влияние севооборотов на баланс гумуса (по углероду) в черноземе выщелоченном за 1976-1991 гг. (в слое почвы 0-40 см)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Севооборот Баланс гумуса (±), кг/га

1976-1981 гг. 1981-1986 гг. 1986-1 .991 гг.

фактиче- ски расчет- ный фактиче- ски расчет- ный фактиче- ски расчет- ный

Зернопаровой -1874 -1816 -882 -870 -157 -143

Зерновой -1352 -1327 -415 -318 +259 +242

Зернопропашной -1612 -1596 -725 -698 -104 -127

Зернопаропропашной не опр. не опр. не опр. не опр. -52 -37

решает проблему компенсации потерь гумуса на чистых парах.

В зернопропашном севообороте использование соломы (4 т/га) в качестве органического удобрения обеспечивало восполнение гумуса в количестве 390 кг/га, или 38% от его минерализации. За счет пожнивно-корневых остатков компенсировалось 271 кг/га гумуса, или 26,4%. В дополнение к указанным источникам внесение навоза 8 т/ га севооборотной площади способствовало образованию 360 кг/га гумуса и обеспечивало почти бездефицитный баланс.

В зерновом севообороте с горохом наблюдался положительный баланс гумуса и бездефицитный - в зернотравяном с горохом и люцерной. Как указывалось выше, в последнем севообороте навоз не применялся и в качестве органических удобрений использовалась только солома зерновых культур на двух полях (3 т/га). При этом доля пожнивно-корневых остатков люцерны в общем балансе новообразований гумуса составляла 32%, тогда как доля растительных остатков зерновых культур (пожнивнокорневые остатки и солома) в среднем не превышала 20%. Аналогичные результаты получены рядом авторов. По сообщению Н. А. Старовойтова и др. (1983), включение в схему чередования 8-польного севооборота двух полей многолетних трав обеспечивало бездефицитный баланс гумуса без применения органических удобрений при любых способах обработки почвы. По данным В. Ф. Зубенко и Л. А. Барштейн (1996), насыщение севооборотов на 30-40% бобовыми культурами и травосмесями в основных и проме-

жуточных посевах на органоминеральном фоне обеспечивало устойчивость отношения углерода к азоту, увеличение пептидной составляющей гуминовых кислот, то есть азота в органической, экологически сбалансированной форме. При этом ведущая роль принадлежала люцерне. Без многолетних трав применение навоза из расчета 9 тонн на 1 гектар севооборотной площади только замедлял потери гумуса [14].

Следовательно, в плане совершенствования севооборотов многолетние бобовые травы являются мощным резервом регулирования режима органического вещества и воспроизводства биогенных ресурсов плодородия почвы.

Следует отметить, что, несмотря на условность расчетного метода и недостаточную изученность всех параметров приходной и расходной статей гумусового баланса в условиях Поволжского региона, сопоставление полученных расчетных данных и прямых определений содержания и запасов гумуса в черноземе выщелоченном в наших опытах показало их близкую сходимость (табл. 4).

Последнее показывает, что полученные нами нормативы (уравнения регрессии для расчета пожнивно-корневых остатков и соломы, коэффициенты гумификации растительных остатков) вполне приемлемы для прогноза режима органического вещества в почвах.

Выводы

1. Установлены коэффициенты гумификации пожнивно-корневых остатков, соломы и навоза в экологических условиях ле-

состепи Поволжья, которые соответственно по углероду составляют 0,2; 0,25 и 0,3;

2. Пожнивно-корневые остатки зерновых культур восполняют от 22 до 36% расхода гумуса на формирование урожайности культур, солома - от 41 до 64%. Масса новообразованных из пожнивно-корневых остатков люцерны гумусовых веществ от 3,2 до 4,8 раз превосходит зерновые культуры. Меньше всего из изученных культур образуется гумуса под кукурузой;

3. Происходит дифференциация севооборотов по влиянию на режим органического вещества почвы. При условии внесения навоза 8-10 т/га и соломы 4-5 т/га на фоне минеральных удобрений с расчетом получения планируемой урожайности в зернопаровом севообороте создается отрицательный, в зернопропашном севообороте с одним полем гороха почти бездефицитный и положительный баланс гумуса в зерновом севообороте с горохом. В зернотравяном севообороте с горохом и выводным полем люцерны без внесения навоза при условии использования соломы зерновых культур в качестве органических удобрений (3 т/га) создается бездефицитный баланс гумуса.

Полученные нами нормативы и закономерности могут быть использованы в производственных условиях для прогнозирования режима органического вещества и оптимизации гумусного состояния чернозема в агроэкосистемах лесостепи Поволжья.

Библиографический список

1. Кононова, М. М. Органическое вещество почвы, его природа, свойства и методы изучения / М.М.Кононова. - М.:Изд-во АН СССР, 1963. 314 с.

2. Фокин, А.Д. Влияние органического вещества на агрономические свойства и режимы почв / А.Д. Фокин //Концепция оптимизации режима органического вещества почв в агроландшафтах.- М.: Изд-во МСХА, 1993. С. 34-39.

3. Александрова, Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л.Н. Александрова.- Л.:Наука, 1980. 286 с.

4. Janzen, R. A. Goh Tee Boon Stabiliza-

tion of Residual Cand N in Soil /R. A. Janzen, C. F. Shegkewich //Can. J. Soil Sci, 1988. V. 68. №

4. P. 733-745.

5. Морозов, В. И. Прогноз и картографирование сорняков в севооборотах / В.И. Морозов, А.Х. Куликова, М.И. Подсевалов, Е.А. Петухов //Защита растений. 1994. № 6.

С. 48-53.

6. Смирнов, П.М. Проблемы азота в земледелии и результаты исследований с 15N / П.М. Смирнов //Агрохимия. 1977. №

1.С. 3-25.

7. Шапошникова, И.М. Изменение гумусового фонда почв в Ростовской области / И.М. Шапошникова, И.Н. Листопадов //Почвоведение. 1985. № 8. С. 57-62.

8. Лыков, А.М. Гумус и плодородие почвы / А.М. Лыков - М.: Московский рабочий, 1985. 200 с.

9. Сидоров, М.И. Научные основы современных интенсивных севооборотов / М. И. Сидоров // Агрономические основы специализации севооборотов. -М.:Агропромиздат, 1987. С. 17-22.

10. Свиридов, А.К. Севообороты по производству зерна в Центрально-Черноземной зоне / А.К. Свиридов, В.В. Черенков // Агрономические основы специализации севооборотов. М.:Агропромиздат, 1987. С. 110-117.

11. Исаев, А. П. Агротехническая и энергосберегающая роль зерновых бобовых культур в лесостепной зоне европейской части России / А. П. Исаев: Автореф. дис. ... доктора с.-х. наук.- Немчиновка, Московская обл., 1994. 46 с.

12. Старовойтов, Н. А. Оптимизация обработки почвы в зернотравяном севообороте / Н. А. Старовойтов, Р. Е. Помченкова // Земледелие. 1983. № 12. С. 14-16.

13. Зубенко, В. Ф. О мерах по увеличению концентрации посевов сахарной свеклы в севооборотах / В.Ф. Зубенко, Л.Н. Барштейн //Теория и практика современного севооборота.- М.:Изд-во МСХА, 1996. С. 251-258.

14. Ещенко, В. Е. Структура посевных площадей и баланс гумуса / В.Е. Ещенко, А.В. Роенко // Земледелие. 1988. № 11. С. 41-42.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.