CC BY
11УДК 631.43:537.226.1 https://doi.org/10.31251/pos.v5ii.178
ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ ПРИ ХЛОПКОВО-ЛЮЦЕРНОВОМ
СЕВООБОРОТЕ
О 2022 г. Ч. Г. Гюлалыев '. С. А. Кочарли2, А. А. Козлова 3, А. М. Джафаров2
'Институт Географии им. акад. Г.А. Алиева НАНАзербайджана, пр. Г. Джавид, 115, г. Баку,
AZ1146, Азербайджан. E-mail: ch_gulaliyev@yahoo.com 2Институт почвоведения и агрохимии НАН Азербайджана, ул. М. Рагим, 4, г. Баку, Az1073, Азербайджан. E-mail: alicafarov@mail.ru 3ФГБОУ ВПО Иркутский государственный университет, ул. Сухэ-Батора, 5, г. Иркутск, 664011,
Россия. Е -mail: allak2008@mail.ru
Цель исследования. При длительном возделывании сельскохозяйственных растений на одном и том же поле плодородие почвы и ее водно-физические свойства ухудшаются. Для устранения этих нежелательных последствий применяют внесение минеральных, органических удобрений и различные агроприемы. Другие элементы технологии (обработка почвы, системы удобрений и защиты растений, приобретение новых семян) требуют значительных материальных затрат. В комплексе мероприятий, направленных на повышение урожайности сельскохозяйственных культур, и хлопчатника, в частности, важную роль играет севооборот, определяющий жизнедеятельность растений и плодородие почв. В связи с этим целью работы было проведение анализа комплекса физических и химических свойств почв, а также изучение динамики почвенных процессов при хлопково-люцерновом севообороте.
Место и время проведения. Исследования проводили в течение 2014-2018 гг. в районе Северный Муган республики Азербайджан; этот район является одним из крупных сельскохозяйственных районов республики, производящим хлопок и зерно. Исследования проведены на орошаемых лугово-сероземных (Endogleyic Calcisols) почвах Кура-Араксинской низменности Азербайджана.
Методология. Полевые и лабораторные работы выполняли по методикам, принятым в почвоведении; в работе определяли содержание гумуса, влажность, температуру, удельную плотность почвы, и описывали морфологические особенности. Определение гранулометрического состава проводили пирофосфатным методом. При статистической обработке полученных данных использовали программу Microsoft Office Excel.
Основные результаты. Выявлено, что при длительном использовании почв под хлопчатником агрофизические и агрохимические свойства почв значительно ухудшаются. После трехлетнего возделывании хлопчатника содержание гумуса уменьшилось примерно на 20%, водопрочных агрегатов - на 40%, водопроницаемость почвы в три раза, а плотность почвы увеличилась на 7%; все это вместе значительно снижает урожайность сельскохозяйственных культур. На фоне севооборота установлено, что плодородие почвы, утраченное после трехгодичного использования ее под хлопчатником, может восстановиться почти полностью при последующем двухгодичном выращивании люцерны, которая одновременно является ценной кормовой культурой. Кроме того, севооборот по сравнению с монокультурой приводит к перегруппировке в составе микрофлоры и изменению биологической и биохимической активности почвы.
Заключение. Для сохранения потенциального плодородия, получения высоких, устойчивых урожаев при возделывании почвозащитных, ресурсосберегающих сельскохозяйственных культур необходимо осуществление на территории фермерских хозяйств Муганской степи пятипольных хлопково-люцерновых севооборотов. Применение хлопково-люцерновых севооборотов весьма актуально и для увеличения производства в республике всех видов кормов.
Ключевые слова: почва; гранулометрических состав; севооборот; хлопок; люцерна; температура; влажность
Цитирование: Гюлалыев Ч.Г., Кочарли С.А., Козлова А.А., Джафаров А.М. Динамика некоторых свойств почв при хлопково-люцерновом севообороте // Почвы и окружающая среда. 2022. Том 5. № 1. e178. DOI: 10.31251/pos.v5i1.178
ВВЕДЕНИЕ
На основе познания закономерностей развития и взаимоотношения элементов ландшафта возможна разработка принципов рационального использования природных ресурсов. Чем глубже мы будем знать природу взаимодействий в почве, темпы протекающих изменений, особенно в связи с зональными различиями, тем шире будут наши возможности управления этими процессами, и с тем большей эффективностью будут использованы мероприятия по повышению плодородия почв.
Хлопководство является одной из ключевых отраслей сельского хозяйства Азербайджана. Увеличение производства хлопка-сырца входит в число важнейших задач, поставленных перед работниками сельского хозяйства республики. В связи с этим в Азербайджане увеличены посевные площади, отведенные под выращивание хлопчатника, и усилена поддержка фермеров, занятых в этой сфере.
В комплексе мероприятий, направленных на повышение урожайности сельскохозяйственных культур, и хлопчатника в частности, значительную роль играют севообороты (Цырибко и др., 2019), определяющие жизнедеятельность растений и плодородие почв. Наукой и практикой установлено, что при длительном возделывании сельскохозяйственных культур на одном и том же поле плодородие почвы, ее агрофизические и агрохимические свойства ухудшаются, а урожайность падает. Причиной этому являются особенности возделываемой монокультуры, а также несоблюдение научно-обоснованных севооборотов и чередования культур. Для устранения вышеуказанных нежелательных последствий применяется внесение минеральных и органических удобрений на фоне правильного применения севооборотов.
Многочисленными исследованиями установлено, что научно обоснованное чередование культур в севообороте обеспечивает рост урожайности всех возделываемых в севообороте культур (Цырибко и др., 2019; КатЬаик, Ууп, 1991). По данным Г.И. Баздырева с коллегами (2004) урожайность озимой пшеницы в севообороте в 1,5-2,0 раза больше, чем в бессменном посеве. Аналогичное превышение урожайности в севообороте по сравнению с бессменным посевом наблюдается и с ячменём. Но, по мнению академика РАН А.Н. Каштанова (Каштанов, 2004), севооборот, кроме роста урожайности, интегрирует в себе землеустройство территории, структуру посевных площадей, подбор и рациональное размещение сельскохозяйственных культур на пашне, системы обработки почвы, удобрений, защиты растений, машин, меры по охране почв и окружающей среды, отражает специализацию и во многом определяет экономические результаты ведения земледелия, растениеводства и животноводства. То есть роль севооборота намного шире, чем только рост урожайности возделываемых культур.
Именно в севообороте одним из источников пополнения запасов органического вещества в почве являются корневые и пожнивные остатки возделываемых культур, которые служат энергетическим источником для почвенной микрофлоры (Ни1^а11е, 2016). Таким образом, содержание почвенного органического вещества и гумуса, а следовательно, и плодородие почвы можно регулировать (Еремин, 2016; Кислов и др., 2018; Лошаков, 2018), и одним из эффективных приёмов регулирования является севооборот с правильным подбором культур и их научно обоснованным чередованием (Физика..., 2011). Такие севообороты обеспечивают прибавку урожая хлопка-сырца на 10-15%, зерновых и зернобобовых культур - на 15-20%. Хлопково-люцерновые севообороты на староорошаемых землях юга Казахстана положительно влияют на снижение заболеваемости всеми формами бактериальной болезни - гоммозом хлопчатника (Мустафаевб 2007). В Пакистане, являющимся одним из самых больших производителей хлопка в мире, большую угрозу представляет болезнь хлопкового листа. В борьбе с ней используются передовые биотехнологии (маркерная селекция, генетическое сопротивление на основе RNAi и DNAi, но самым эффективным в борьбе с этим патогенном, по мнению М. Ж. Аширбекова (2018), является освоение хлопково-люцерновых севооборотов с введением в них зерновых и промежуточных фитосанитарных культур.
На исследуемых орошаемых территориях лучшим предшественником хлопчатника в севооборотах является люцерна, которая считается ценной кормовой культурой в животноводстве. Поэтому применение хлопково-люцерновых севооборотов весьма актуально и в свете требований об увеличении производства в республике всех видов кормов в два раза.
Влияние хлопково-люцерновых севооборотов на режим почвенных процессов, а также на агрофизические и агрохимические свойства почвы изучено недостаточно, в том числе в условиях Северной Мугани - одного из крупных сельскохозяйственных районов Азербайджанской
Республики. Поэтому изучение физических, химических и агрономические условий среды обитания растений и разработка мероприятий по созданию оптимальных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур имеет большое значение.
Цель исследования - изучить влияние севооборотов на динамику свойств почв (гранулометрический состав, влажность, плотность, количество гумуса и водопрочных агрегатов) и разработать мероприятия по созданию оптимальных условий для роста и развития сельскохозяйственных культур. В задачи исследования входило изучение некоторых базовых свойств почв и динамики почвенных процессов в Северном Мугане.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования выполнены в условиях стационара Северной Мугани (39°55'51" с.ш., 48°22'10" в.д.) на площади 340 га, являющейся частью Кура-Араксинской низменности Муганской равнины Азербайджанской республики. Исследуемая территория расположена ниже уровня моря и представляет равнину (с уклоном 0,0001-0,0003) с северо-запада на юго-восток.
На исследованной территории распространены следующие почвенные типы (Ш88, 2015): лугово-сероземные (01еу1с СаШзоЬ), орошаемые сероземно-луговые (Irragri 0!еу!с СаШзоЬ), орошаемые лугово-сероземные солонцеватые (Irragri БоШпскакз 0!еу!с СаШзоЬ), солонцеватые (БоШпскакз) (рис. 1).
ЛЕГЕНДА 111 Серо-коричксвые^каиианоиые) I 2 1 («POICMIIU«
Г~5~1 Луговато-серозснныс I * 1Луговато-серозеизше солонцеватые I S I .'(угово-серо земные I < I Аллювнально-лугойые карбонатные I 7 II у го в о- Л о л от ] 1 Lie IZSZI Солончаки шинчные I 9 I Солончаки сопочные I to I Сероземные новоорогааемые I II I Сероземные новоорошаемые солончаковагые I 12 1 Луг ово-сероземные орошаемые I 1Д I Лугово-ссроземныс с о л онч а ков аты с, орошаемые НГП Пески lis! Озера соленые
стационар
Поселки Каналы Реки
Рисунок 1. Почвенная карта Муганской равнины.
В ходе наших исследований динамику почвенных процессов изучали на Муганской опытно-мелиоративной станции (МОМС) Азербайджанского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации на фоне пятипольного хлопково-люцернового севооборота на целинных и орошаемых лугово-сероземных почвах (табл. 1). Одновременно на всей территории Северной Мугани были изучены агрофизические свойства почв.
Полевые и лабораторные работы выполняли по общепринятым в почвоведении методикам. Определение гранулометрического состава проводили пирофосфатным методом; для определения плотности, гумусности, влажности, температуры и морфологических характеристик использовали традиционные методы (Вадюнина, Корчагина, 1986; Ганжара и др., 2002; Мустафаев, 2007; Шеин и др.., 2017). При статистической обработке полученных данных использовали программу Microsoft Office Excel.
Таблица 1
Схема хлопково-люцернового севооборота исследуемого участка
№ поля Годы ротации
1 год 2 год 3 год 4 год 5 год
I Хлопчатник I года Хлопчатник II года Хлопчатник III года Подпокровная люцерна Люцерна II года пользования
II Хлопчатник II года Хлопчатник III года Подпокровная люцерна Люцерна II года пользования Хлопчатник I года
III Хлопчатник III года Подпокровная люцерна Люцерна II года пользования Хлопчатник I года Хлопчатник II года
IV Подпокровная люцерна Люцерна II года пользования Хлопчатник I года Хлопчатник II года Хлопчатник III года
V Люцерна II года пользования Хлопчатник I года Хлопчатник II года Хлопчатник III года Подпокровная люцерна
Характеристика территории исследований. В геоморфологическом отношении Северная Мугань - образование молодое, формирование ее рельефа продолжалось до самого недавнего времени и шло на фоне общего абсолютного прогибания Куринской впадины. Морские отложения находятся на глубине 10-12 м. Для территории характерен климат сухих степей и полупустынь с мягкой зимой, сухим жарким летом. По многолетним данным стационара среднегодовая температура воздуха здесь составляет 16,3 °Схсут, годовая сумма осадков - 290 мм. В течение года испарение с поверхности почвы достигает 900-1000 мм, т.е. в три-четыре раза превышает количество осадков. На экспериментальной территории преобладает пустынная и
полупустынная растительность: полынь (Artemisia fragrans), солянка древовидная (Salsola dendroides), солянка жирная (Salsola crassa), соляно-колосник (Halostachus caspica), верблюжья колючка (Alhagi pseudoalhagi), солодка (Glycyrrhíza glabra), карагана (Caragana), камыш (Scirpus), иногда встречаются однолетние травянистые растения (Кочарли и др., 2015).
Лугово-сероземная почва Муганской равнины на делювиально-аллювиальных наносах. Разрез описан во влажном состоянии. Район Саатлинский, в 2 км к югу от села Челпи и в 22 км юго-восточнее Саатлы (39°55'51"с.ш., 48°22'10" в.д.). Рельеф - слабо наклонная равнина, микрорельеф расчерчен поливными арыками и бороздками. Хлопковое поле. Растительность -хлопчатник и верблюжья колючка.
Профиль почвы:
Auv 0-20 см - свежий, серо-буроватый, суглинистый, глыбисто-плотный, корни, корешки, белые жилки солей, переход заметный;
Aug.z.s 20-42 см - влажный, серо-коричневый, легкосуглинистый, структура не выражена, плотноватый, корни, корешки, красноватые и белые мелкие жилки, переход заметный;
A/ Bgca 42-60 см - влажный, серо-буроватый, суглинистый, структура не выражена, жилки, корни, ржавые и белые жилки, переход заметный;
B /CAg.s 60-86 см - влажный, серо-коричневатый, суглинистый, структура не выражена, плотноватый, корни, белые жилки и красноватые пятна, переход заметный;
Cg.ca 86-104 см - влажный, серо-буроватый, суглинистый, структура не выражена, плотноватый, корни, жилки солей, переход постепенный.
Целина. Лугово-сероземная почва. Описана во влажном состоянии. Район Саатлинский. В 4 км к югу от села Челпи и в 22 км юго-восточнее Саатлы (39°57'52"с.ш., 48°24'12" в.д.). Рельеф -слабо наклонная равнина, микрорельеф выражен поливными арыками и бороздками. Растительность верблюжья колючка.
Профиль почвы:
Auv 0-20 см - суховатый, серо-буроватый, суглинистый, глыбисто-плотный, корни, корешки, белые жилки солей, переход заметный;
А^.^ 20-42 см - суховатый, серо-коричневый, суглинистый, глыбистый, плотноватый, корни, корешки, трещины, переход постепенный;
BСAgsca 42-60 см - влажный, серо-буроватый, суглинистый, структура не выражена, жилки, корни, ржавые и белые жилки, переход заметный;
В/ Cg 60-86 см - влажный, серо-коричневатый, суглинистый, структура не выражена, плотноватый, корни, белые жилки и красноватые пятна, переход заметный;
Cg 86-104 см - влажный, серо-буроватый, легкосуглинистый, бесструктурный, плотноватый, редкие жилки солей, переход постепенный.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изучаемые сероземно-луговые почвы высококарбонатные - величина СаСОз в верхнем горизонте колеблется в пределах 10,3-14,5%. Величины содержания карбонатов по профилю то убывают, то возрастают, что связано со сменой слагающих равнину неоднородных по гранулометрическим составу аллювиальных отложений. Наибольшие значения карбонатности характерны для полей двухлетней люцерны, где она изменяется по профилю почвы в пределах 14,6-15,5%.
В верхнем горизонте почв под севооборотами сумма поглощенных оснований составляет 20,4-32,2 мг-экв на 100 г почвы. Во всех случаях отмечено преобладание кальция с наибольшими значениями - 53,8-78,9%. Второе место из поглощенных оснований занимает катион магния (12,640,1%), причем в нижних горизонтах он иногда превышает показатели кальция. Доля катиона натрия составляет 1,33-9,52%, т.е. солонцеватость почв невысокая.
На всех участках исследуемых почв наименьшие значения приходятся на долю песчаной фракции - в верхних горизонтах 2,32-29,8%. Преобладает же пылеватая фракция, высокое содержание которой по профилю отмечено на всех полях и достигает 32,6-89,4%. Второе место занимает илистая фракция (5,20-46,2%).
Коэффициент дисперсности по профилю изменяется в пределах 11,1-75,1%, с наименьшими значениями на целине.
Таким образом, почвы изучаемой территории по гранулометрическим составу относятся к аллювиальными с преобладанием средне- и тяжелосуглинистых, но иногда встречаются и глинистые.
Водные свойства оказывают огромное влияние на влагообеспеченность растений и процессы, протекающие в почве. В изучаемых почвах величины различных категорий почвенной влаги составляют: гигроскопическая - 3,42-5,75%, максимальная гигроскопическая - 5,8-7,8%, максимальная молекулярная влагоемкость - 14,1-24,5%, предельная полевая влагоемкость - 20,130,2%.
Большинство химических и физических свойств почв динамичны во времени. Даже на протяжении короткого промежутка времени изменяются показатели температуры, влажности, водопрочности агрегатов, плотности, водопроницаемости, содержаний гумуса и т. д.
Температура почвы наиболее интенсивно изменяется по сезонам года. На всех стационарах ее минимум приходится на зиму (4,3-6,0 °С), максимум - на лето (21,0-31,5 °С). Весной и осенью в метровой толще показатели температуры близки. Все эти изменения наиболее ярко выражены в вегетационный период. По годам наблюдения суммы аккумулированных температур (выше 0 °С) на целине в поверхностных слоях по отдельным сезонам года характеризуется в нижеуказанной последовательности (табл. 2): зимой 360-486, весной 1575-1800, летом 3006-3186, осенью 16381764 °С*сут, а ее годовое количество 6885-6965 °С*сут.
На участках под люцерной I и II года возделывания в пахотном слое температура почвы зимой составила 5,0-6,5, весной - 15,1-20,7, летом - 25,8-30, осенью - 15,2-19,2 °С, в метровом слое, соответственно; 9,1-9,8, 13,7-18, 19,5-22 и 16,8-21,4 °С. Более высокими температурами (на 2,0-2,5°С в пахотном горизонте) в весенне-летний период характеризуется участок под хлопчатником.
Наибольшая сумма годовых положительных температур поверхности почвы под севооборотами отмечена на участках третьего года возделывания хлопчатника (6507-6939 °Схсут), наименьшая - под двухлетней люцерной (5661-6070 °Схсут).
Как показывают полученные данные по температуре поверхности почвы в хлопково-люцерновом севообороте, под люцерной она ниже в связи с большой густотой стояния растений и интенсивным развитием надземной массы, защищающей почву от прямых солнечных лучей.
Таблица 2
Сезонные и годовое распределение суммы температур выше 0 °С (°Схсут) в поверхностном слое почв
Варианты Годы Зима Весна Лето Осень Сумма
Целина I 485 1575 3186 1638 6885
II 360 1800 3006 1764 6930
III 420 1755 3090 1700 6965
Среднее 422 1710 3094 1701 6927
Хлопчатник I года I 450 1584 2835 1404 6273
II 405 2016 2700 1719 6340
III 460 1870 2800 1640 6770
Среднее 438,3 1823 2778 1588 6628
Хлопчатник II года I 468 1584 2754 1422 6228
II 414 1818 2628 1746 6606
III 475 1750 2830 1710 6765
Среднее 452 1717 2737 1626 6533
Хлопчатник III года I 468 1530 3006 1503 6507
II 387 1881 2925 1746 6939
III 436 1740 2940 1700 6815
Среднее 427 1717 2957 1650 6754
Люцерна I года I 540 1380 2475 1458 5859
II 496 1728 2700 1728 6652
III 486 1600 2550 1596 6231
Среднее 474 1571 2575 1590 6247
Люцерна II года I 585 1386 2322 1368 5661
II 450 1359 2385 1566 5760
III 500 1610 2500 1460 6070
Среднее 512 1452 2402 1464 5830
В Муганской степи величина влажности колеблется в пределах 4,7-35,3%. Наибольшая влажность приходится на осенне-зимний период (35,3% что благоприятствует развитию культурных растений и активной деятельности микроорганизмов. К концу лета в связи с повышением температуры воздуха влажность почвы уменьшается до минимального значения. На посевных площадях режим влажности почвы регулируется путем орошения.
В результате на участках хлопково-люцернового севооборота летом, несмотря на отсутствие атмосферных осадков, влажность почвы остается оптимальной. В то же время показатели ее зависят от полей севооборота. В частности, в метровом слое под хлопчатником первого года влажность составила 8,8-34,8%, второго - 4,9-33,1%, третьего - (4,7-34,9%. Под люцерной первого года - 4,9-34,6%, двухлетней - 6,8-35,3%. Такой режим влажности связан с вегетационными поливами сельхозкультур, которые препятствуют перегреву почвы.
Исследования показали, что у сероземно-луговых почв при хлопково-люцерновым севооборотом на исследуемой территории базовые свойства меняются различными образом (рис. 2а). Плотность изучаемых сероземно-луговых почв на полях севооборота и на целине различна. Так, плотность целинных почв в верхнем горизонте равна 1,27 г/см3, в нижних - 1,46 г/см3, под хлопчатником I года выращивания - 1,1-1,4 г/см3, II года - 1,2-1,3 г/см3, III года - 1,3-1,4 г/см3, под однолетней люцерной - 1,2-1,4 г/см3, 2-х летней - 1,2-1,4 г/см3. Как видно, наиболее высокие показатели плотности в верхнем горизонте присущи почве на целине и под хлопчатником III года.
Наибольшим изменениям по сезонам года плотность подвергается в верхних горизонтах почвы (см. рис. 2а.) Весной на участке под хлопчатником плотность почвы значительно уменьшается; в первый год в слое 0-20 см она составила 0,9-1,0 г/см3, второй год - 1,05-1,1 г/см3, третий год - 1,08-1,12 г/см3, в слое 20-40 см - соответственно: 1,11-1,14; 1,10-1,14; 1,14-1,16 г/см3. Такое уменьшение, плотности связано с проведением вспашки. К лету показатели плотности постепенно увеличиваются и осенью, в конце вегетации, достигают максимума: в слое 0-20 см под хлопчатником первого года 1,2 г/см3, второго - 1,2 г/см3, третьего - 1,3 г/см3; в слое 20-40 см -
1,24, 1,25 и 1,35 г/см3, соответственно. Такая зависимость понятна, ибо при длительном возделывании хлопчатника на одном и том же месте, и многократных обработках почва измельчается, превращаясь в пыль, нарушается её структурно-агрегатный состав, и после нескольких поливов она уплотняется.
но 711 60 50 40 30 20'
%
* *
2,70 2,502,101,90 1,70
%
»■11*
-------
Весна \ Лето \ Осень
Весна | Лето \ Осень
П род
1. Хлопчатник III года
2. Люцерна Нгода, польз.
3. Хлопчатник II года
4. Подпкрпвная люцерна
5. Хлопчатник ¡года
Нее ни I {1ет() I Осень
III Ш
1. Хлопчатник II года
2. Годнокровная люг^рна
3. Хлопчатник I года
4. Хлопчатник Ш г<х)а 5Люцерна II года полы,
1. Подпокровная люцерна
2. Хюпчатпик I года Хлопчатник Ш года
4. Люцерна [I года польз.
5. Хюпчатпик II года
Рисунок 2. Динамика плотности (а), содержания водопрочных агрегатов (б) и гумуса (в) по сезонам года.
Плотность почвы под однолетней люцерной весной в слое 0-20 см равна 1,12-1,14 г/см3, двухлетней - 1,16-1,17 г/см3; летом эти значения соответственно составили 1,16-1,18 и 1,16-1,17
г/см3, а осенью 1,17-1,20 и 1,17-1,20 г/см3. В нижних горизонтах показатели плотности изменялись по периодам возделывания в пределах 1,14-1,26 г/см3.
Удельная масса исследуемых почв изменяется в пределах 2,6-2,74 г/см3. Различные значения по профилю связаны с чередованием наносов и их минералогическим составом. Относительно легкий удельный вес почв под люцерной (в верхнем горизонте 2,6 г/см3), несомненно, связан с хорошо развитой корневой системой культуры и относительно высоким содержанием перегноя.
Наблюдается прямая зависимость между содержанием в почве органического вещества и общей порозностью. Значения ее различны по полям севооборота и на целинных участках. Так, в верхнем горизонте почвы под хлопчатником в зависимости от периода его возделывания величина общей порозности составляет 53,2-54,7%, под люцерной - 55,3-58,1%, на целине - 53%. Наибольшая величина общей порозности (53,1%) отмечена в почве под двухлетней люцерной, что связано с хорошей ее структурой и высоким содержанием органического вещества.
Результаты исследования показывают, что водопрочные агрегаты (частицы диаметром более 0,25 мм) в сероземно-луговых почвах под севооборотами изменяются в зависимости от вида растения и его густоты. Характеризуя содержание водопрочных агрегатов под хлопчатником по годам, можно отметить, что наибольшее содержание оказалось в пахотном слое почвы на участках под хлопчатником первого года возделывания и, составив 61,8-66,6%, постепенно уменьшаясь в дальнейшем составляет во второй год 51,8-55,5%, в третий год - 39,1-41,3%.
Количество водопрочных агрегатов почвы зависит от вида растения, густота его стояния, длительности использования, развитости корневой системы, а также от содержания органического вещества и других факторов. Весной на участках, где после двухлетней люцерны в первый год возделывали хлопчатник, количество водопрочных агрегатов в 20-сантиметровом слое почвы составило 63,4-67,6%, в слое 20-40 см - 59,5-73,7%, в начале лета показатели незначительно уменьшаются - соответственно до 59-66,5 и 52,5-64,3%, осенью вновь возрастают (в основном в пахотном горизонте): 60,1-70,6 и 51,8-60,1% (Рис. 2б). Под хлопчатником второго года количество водопрочных агрегатов весной в слое 0-20 см достигало 55,4-60,6%, в слое 20-40 см -55,1-60,1 %; летом значения в верхнем горизонте составили 50,7-55,6%, в слое 20-40 см - 46,652,7%, осенью - соответственно 48,2-52,8 и 41,1-52,7%. Под хлопчатником третьего года возделывания содержание водопрочных агрегатов в почве значительно меньше: в верхнем горизонте 41,5-43,5% весной, а осенью - 35,3%, в нижнем - 35,7% весной и 42,7 % осенью.
Следовательно, при длительном возделывании хлопчатника на одном и том же месте нарушается структурно-агрегатный состав почвы, уменьшается количество водопрочных агрегатов, что отрицательно сказывается на водно-воздушном и питательном режимах почв. Однако, если на этих участках посеять люцерну, то содержание водопрочных агрегатов значительно возрастает как по годам, так и по сезонам и составляет под однолетней люцерной в слое 0-20 см 40,1-50,3%, в 20-40 см - 41-55,7%, под двухлетней - 65,1-78,9 и 61,2-75,5%, соответственно.
Результаты показали, что в слое 0-30 см целины содержание общего гумуса составило 3,1%, на участках, где долгое время бессменно возделывали хлопчатник, его значения были меньше. В зависимости от давности использования массива под хлопчатником этот показатель постепенно снижается. Так, на участках, где после двухлетней люцерны один год выращивали хлопчатник, величина гумуса в верхнем 20 см слое составила 1,95%. Во второй и третий год выращивания хлопчатника содержание гумуса уменьшается, так в слое 0-18 см было 1,57%, а в слое 0-25 см - 1,47%.
На участках, где после трёхлетнего выращивания хлопчатника в первый год использования под люцерной, содержание гумуса возрастало в слое 0-35 см и составляло 1,7%. Под двухлетней люцерной в слое 0-30 см его величина значительно возросла и составила 2,61%. С глубиной в зависимости от севооборота и растительного покрова содержание гумуса значительно уменьшилось, составив на глубине 100 см 0,1%.
Большее по сравнению с хлопчатником содержание органического вещества в почвах под люцерной несомненно связано с большим количеством растительных остатков и с более развитой корневой системой. Величина гумуса под хлопчатником в верхнем 20 см горизонте колебалась в пределах 1,9-2,5%, а под люцерной - от 2,1 до 2,5%.
Изучение динамики гумуса в почвах под хлопчатником показало постепенное уменьшение его количества от весны к осени (рис. 1в). Так, в первый год под хлопчатником содержание гумуса
весной составило 2,5-2,58%, летом - 2,47-2,53%, осенью - 2,40-2,41%, на участке второго года -соответственно: 2,33-2,45, 2,23-2,35 и 2,08-2,24%, третьего года - 1,99-2,15, 1,94-2,07 и 1,912,01%.
В почвах под люцерной происходит накопление гумуса не только по годам, но и от весны к осени. Так, общее содержание гумуса в почвах под однолетней люцерной составляет весной 22,11%, летом 2,05-2,10%, осенью 2,24-2,32%, под двухлетней - 2,35-2,41; 2,45-2,50 и 2,54-2,61%, соответственно.
Изучение водопроницаемости почвы (Рис. 3) под однолетней люцерной показало, что средняя скорость впитывания воды в первый час составила 1,0 мм/мин, а количество впитанной воды - 61 мм, при средней скорости впитывания 0,6 мм/мин. Общее количестве впитанной за 6 часов воды составило 235 мм. В почвах под двухлетней люцерной отмечается сравнительное улучшение впитывания воды почвой, его средняя скорость за 6 часов наблюдений равна 0,7 мм/мин, а общее количество впитанной воды - 271 мм.
Время определения, мин.
Рисунок 3. Количество впитанной воды в различные периоды в почвах под севооборотами: 1. Целина; 2. Хлопчатник I года; 3. Хлопчатник II года; 4. Хлопчатник III года; 5. подпокровная люцерна; 6. люцерна II года пользования.
На участках первого года возделывания хлопчатника после двухлетней люцерны скорость впитывания и количество впитанной воды в первый час составляет соответственно 1,0 и 60 мм/мин, а средняя скорость впитывания заметно уменьшается и за 6 часов составляет 0,4 мм/мин, и общее количество впитанной воды также сокращается до 140 мм. Как показало наше исследование, на всех полях севооборота сероземно-луговых почв количество впитанной воды и ее скорость в первый час достаточно велики.
По сезонам года водопроницаемость почв под двухлетней люцерной была выше, чем на участках с хлопчатником. Весной в почве под двухлетней люцерной в течение 6 часов водопроницаемость составила 225 мм, под однолетней - 162 мм. На участках, где после 2-х летней люцерны в первый год возделывали хлопчатник, ее значение увеличилось до 173 мм, а во второй год уменьшилось до 101 мм, третий - до 78 мм. Летом водопроницаемость несколько возрастает и составляет под однолетней люцерной 175 мм, двухлетней - 232 мм, на участках под хлопчатником первого года - 150 мм, второго - 90 мм, третьего - 64 мм. Соответствующие показатели, полученные осенью: 235, 271, 140, 88 и 58 мм. Такие величины водопроницаемости по хлопчатнику связаны с длительной обработкой почвы, которая способствует ее уплотнению и нарушению структурно-агрегатного состава.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выявлено, что при длительном использовании почв под хлопчатником физические и химические свойства почв значительно ухудшаются. После трехлетнего использования почв под
хлопчатником содержание гумуса уменьшается примерно на 20%, водопрочных агрегатов на 40%, водопроницаемость почвы в три раза, увеличивается плотность почвы на 7 %, в связи с чем значительно понижается урожайность сельскохозяйственных культур. На фоне севооборота установлено, что плодородие земель, утраченное после трехгодичного использования ее под хлопчатником, может восстановиться почти полностью при последующем двухгодичном использовании под культурой люцерны.
При сопоставлении агрофизических свойств мелиорируемых окультуренных орошаемых почв хлопково-люцернового севооборота с целинными почвами выявлено, что на полях хлопково-люцернового севооборота физические и водно-физические свойства значительно меньше, чем на целине: водопроницаемость почти в четыре раза ниже, количество водопрочных агрегатов - почти в два раза больше, а плотность почвы меньше на 10%. Результаты проведенных исследований позволяют заключить, что для сохранения потенциального плодородия и получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур необходимо осуществление пятипольных хлопково-люцерновых севооборотов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аширбеков М. Ж., Дридигер В.К. Урожайность и качество хлопчатника в зависимости от размещения в севообороте на орошаемых сероземах Южного Казахстана // Вестник АПК Ставрополья. 2018. № 1 (29). С. 73-77.
2. Баздырев Г.И., Лошаков В.Г., Пупонин А.И. Земледелие: учебник для ВУЗов. М.: Колос, 2004. 552 с.
3. Беленков А.И. Севообороты и основная обработка почвы в Нижнем Поволжье // Земледелие. 2002. № 3. С.
7-8.
4. Бондаренко М.В. Комплексное влияние севооборотов, удобрений и приемов обработки на показатели плодородия чернозема типичного и урожайность основных сельскохозяйственных культур. Автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Белгород: Бел ГСХА, 2005. 22 с.
5. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
6. Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. Практикум по почвоведению. Под редакцией д.б.н. проф. Н.Ф. Ганжары. М.: Агроконсалт, 2002. 280 с.
7. Гончаров С.В., Федотов В.А., Матвеев И.В. Пивоваренный ячмень. М., 2014. 288 с.
8. Дридигер В.К., Стукалов Р.С., Гаджиумаров Р.Г., Вайцеховская С.С. Влияние севооборота на эффективность исползовании полевых культур без обработки почв // Земледелие. 2019. № 6. С. 28-32. DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10607.
9. Ерёмин Д.И. Изменение содержания и качества гумуса при сельскохозяйственном использовании чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья // Почвоведение. 2016. № 5. С. 584-592. DOI: 10.7868/S0032180X1605004X.
10. Каштанов А.Н. Место и роль севооборотов в адаптивно-ландшафтном земледелии // Севооборот в современном земледелии. М.: Изд-во МСХА, 2004. С. 24-32.
11. Кислов А.В., Глинушкин А.П., Кащеев А.В., Сударенков Г.В. Экологизация севооборотов и биологическая система воспроизводства почвенного плодородия в степной зоне Южного Урала // Земледелие. 2018. № 6. С. 6-10. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10602.
12. Кочарли С.А., Герайзаде А.П., Манафова А.М., Гюлалыев Ч.Г. Тепловой баланс хлопково-люцернового севооборота // Аграрная наука. 2015. № 6. С. 15-17.
13. Лошаков В.Г. Зелёное удобрение как фактор повышения плодородия почвы, биологизации и экологизации земледелия // Плодородие. 2018. № 2. С. 26-29. DOI: 10.25680/S19948603.2018.101.09.
14. Мустафаев А.Б., Умбетаев И., Бигараев О. К., Джусипбеков Д. Устойчивость новых отечественных сортов хлопчатника к болезни гоммоза // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 2007. № 8. С. 78.
15. Теории и методы физики почв / Под ред. Е.В. Шеи-на, Л.О. Карпачевского. М.: Гриф и К., 2007. 616 с.
16. Физика почв: лаб. практикум / Корчагин А.А., Мазиров М.А, Шушкевич Н.И.; Владим. гос. ун-т. -Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. 99 с.
17. Шеин Е.В., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Поздняков А.И., Тюгай З., Початкова Т.Н., Дембовецкий А.В. Практикум по физике твердой фазы почв: учебное пособие. М.: Буки-Веди Москва, 2017. 119 с.
18. Шрамко Н.В., Вихорева Г.В. Роль биологизированных севооборотов в изменении содержания гумуса в дерново-подзолистых почвах Верхнего Поволжья // Земледелие. 2016. № 1. С. 14-16.
19. Цырибко В.Б., Устинова А.М., Цыбулько Н.Н. Касьяненко И. И., Логачев И. А. Приемы оптимизации агрофизических свойств почв // Повышение плодородия почв и применение удобрений: матер. междунар. науч.-практ. конф. Минск: ИВЦ Минфина, 2019. С. 123-125.
20. Ball B. C., Bingham I., Reesl R. M., Watson C. A., andLitterick A. The role of crop rotations in determining soil structure and crop growth conditions // Canadian Journal of Soil Science. 2005. Vol. 85. No. 5. P. 577. DOI: 10.4141/S04-078 p.577.
21. Hulugalle N.R., Corkell B.Mc., Heimoana V.F., Finlay L.A. Soil properties under cotton-corn rotations in australian cotton farms // Journal Cotton Science. 2016. Vol. 20, Iss. 4, P. 294-298.
22. Raimbault B. A., Vyn, T. J. Crop-rotation and tillage effects on corn growth and soil structural stability // Agronomy Journal. 1991. Vol. 83. P. 979-985. DOI: 10.2134/agronj1991.00021962008300060011x.
Поступила в редакцию 25.04.2022 Принята 25.04.2022 Опубликована 30.04.2022
Сведения об авторах:
Гюлалыев Чингиз Гюлалы оглы - доктор аграрных наук, доцент, зав. Отделом «Биогеографический стационар» Института Географии им. акад. Г. А. Алиева НАН Азербайджана, (г. Баку, Азербайджан); ch_gulaliyev@yahoo.com
Кочарли Семендер Али оглы - доктор философии по аграрным наукам, доцент лаб. «Физика почв» Института Почвоведения и Агрохимии НАН Азербайджана (г. Баку, Азербайджан); ch_gulaliyev@yahoo.com
Козлова Алла Афанасьевна - доктор биологических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Иркутский государственный университет, биолого-почвенный факультет (г. Иркутск, Россия); allak2008@mail.ru
Джафаров Али Муса оглы - доктор философии по аграрным наукам, доцент, зав. отделом «Физика почв» Института Почвоведения и Агрохимии НАН Азербайджана (г. Баку, Азербайджан); alicafarov@mail.ru
| Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License
DYNAMICS OF SOIL PROPERTIES UNDER COTTON-ALFALFA CROP ROTATION
© 2022 Ch. G. Gulalyev \ S. A. Kocharli2, A. A. Kozlova 3, A. M. Jafarov2
institute of Geography, acad. G.A. Aliyev, National Academy of Sciences of Azerbaijan,
E-mail: ch_gulaliyev@yahoo. com 2Institute of Soil Science and Agrochemistry, National Academy of Sciences of Azerbaijan,
E-mail: alicafarov@mail.ru 3 Irkutsk State University, Irkutsk, Russia. e-mail: allak2008@mail.ru
The aim of the study: Monocrop cultivation is known to affect negatively soil physical properties and decrease soil fertility. To eliminate these undesirable consequences, application of mineral and/or organic fertilizers, as well as other agricultural practices, are employed. Other aspects of agronomy (soil cultivation, fertilizer and plant protection systems, the acquisition of new seeds) require significant material costs. Increasing the yield of agricultural crops, and cotton in particular, can be achieved by crop rotation. The aim of the study was to analyze some physico-chemical soil properties and dynamics of soil processes under cotton-alfalfa crop rotation.
Location and time of the study. The research was carried out in 2014-2018 in the Northern Mugan in the Republic of Azerbaijan, as the region is one of the largest agricultural regions of the country, supplying cotton and grain. The studies were carried out on irrigated meadow serozem, or Endogleyic Calcisol, according to the WRB, soils of the Kura-Araks lowland of Azerbaijan.
Methodology. Field and laboratory work was carried out according to generally accepted methods of soil science. The particle size distribution was determined by the pyrophosphate method; density, humus content, humidity, temperature, and morphological characteristics were determined using conventional methods. Statistical processing of the obtained data was carried out using the Microsoft Office Excel program.
Main results. The long-term cotton crop was found to decrease agrophysical and agrochemical properties of soil. After three years of cotton production the humus content decreased by 20%, whereas the content of
water-resistant aggregates increased by 40%, and soil permeability decreased three-fold, soil bulk density increased by 7%, all these resulting in the reduced cotton productivity. Crop rotation showed that soil fertility, decreased after three consecutive years of cotton growth, could be almost fully restored by following with two years of alfalfa crop.
Conclusion. Compared with a monoculture of crops, crop rotation leads to a rearrangement in soil microflora and a change in soil biological and biochemical activity, helps to reduce the possibility of a unilateral influence ofplants on soil, which in turn helps to restore soil fertility and obtain high sustainable crop yields in the cotton system. Therefore, the use of cotton-alfalfa crop rotations is very important for attaining the goal of increasing two-fold the production of all types of feed in Azerbaijan. To maintain potential fertility, obtain high sustainable yields of soil-protective, resource-saving crops, five-field cotton-alfalfa crop rotation is recommended for the farmers of the Mugan steppe.
Key words: Calcisol; Azerbaijan; granulometric composition; crop rotation; cotton; alfalfa; temperature; humidity
How to cite: Gulalyev Ch.G., Kocharli S. A., Kozlova A.A., Jafarov A.M. Dynamics of soil properties under cotton - alfalfa crop rotation // The Journal of Soils and Environment. 2022. 5(1). e178. DOI: 10.31251/pos.v5i1.178 (in Russian with English abstract).
REFERENCES
1. Ashirbekov M.Zh., Dridiger V.K. Productivity and quality of the cotton plant depending on placement in the crop rotation for irrigated gray soils of South Kazakhstan, Agricultural Bulletin of Stavropol Region,
2018, No. 1 (29), p. 73-77.
2. Bazdyrev G.I., Loshakov V.G., Puponin A.I. Agriculture: a textbook for universities. Moscow: Kolos, 2004, 552 p. (in Russian)
3. Belenkov A.I. Crop rotations and basic tillage in the Lower Volga region, Zemledelie, 2002, No. 3, p. 78. (in Russian)
4. Bondarenko M.V. Complex influence of crop rotations, fertilizers and processing methods on the fertility of typical chernozem and the productivity of major agricultural crops, Abstract of Dissertation ... Cand. of Agricul. Sci. Belgorod: Bel GSHA, 2005, 22 p. (in Russian)
5. Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Methods for studying the physical properties of soils. Moscow: Agropromizdat, 1986, 416 p. (in Russian)
6. Ganzhara N.F., Borisov B.A., Baibekov R.F. Workshop on soil science. Moscow: Agroconsalt, 2002, 280 p. (in Russian)
7. Goncharov S.V., Fedotov V.A., Matveev I.V. Malting barley. Moscow, 2014, 288 p. (in Russian)
8. Dridiger V.K., Stukalov R.S., Gadzhiumarov R.G., Vaytsekhovskaya S.S. Influence of Crop Rotation on the Efficiency of Arable Land Use at the Cultivation of Field Crops without Soil Tillage, Zemledelie,
2019, No. 6, p. 28-32. DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10607. (in Russian)
9. Eremin D.I. Changes in the content and quality of humus in leached chernozems of the Trans-Ural forest-steppe zone under the impact of their agricultural use, Eurasian Soil Science, 2016, T. 49, № 5, p. 538-545. DOI: 10.1134/S1064229316050033.
10. Kashtanov A.N. Place and role of crop rotations in adaptive landscape agriculture. In book: Crop rotation in modern agriculture. Moscow: Moscow Agricultural Academy Publs, 2004, p. 24-32. (in Russian)
11. Kislov A.V., Glinushkin A.P., Kashcheev A.V., Sudarenkov G.V. Ecology Modeling of Crop Rotations and Biological Reproduction of Soil Fertility in the Steppe Area of the South Urals, Zemledelie, 2018, No. 6, p. 6-10. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10602. (in Russian)
12. Kocharley S.A., Gerayzade A.P., Manafova A.M., Gyulalyev Ch.G. Thermal balance of cotton - alfalfa crop rotation, Agrarian Science, 2015, No. 6, p. 15-17. (in Russian)
13. Loshakov V.G. Green manure as a factor of soil fertility improving, biologization and ecologization of agriculture, Plodorodie, 2018, No. 2, p. 26-29. DOI: 10.25680/S19948603.2018.101.09. (in Russian)
14. Mustafaev A.B., Umbetaev I., Bigaraev O.K., Djusipbekov D. Resistance of new domestic varieties of cotton to gommosis disease, Bulletin of Agricultural Science of Kazakhstan, 2007, No. 8, p. 7-8.
15. Theories and Methods of Soil Physics. Moscow: Grif and K. Publ., 2007, 616 p. (in Russian)
16. Soil physics: lab. Workshop / Korchagin A.A., Mazirov M.A., Shushkevich N.I. Vladimir: VSU Publ., 2011, 99 p. (in Russian)
17. Shein E.V., Milanovsky E.Yu., Khaidapova D.D., Pozdnyakov A.I. Tyugai Z., Pochatkova T.N., Dembovetsky A.V. Practicum on physics of the soil solid phase Workshop on the physics of the solid phase of soils. Moscow: Buki-Vedi Moscow Publ., 2017, 119 p. (in Russian)
18. Shramko N.V., Vikhoreva G.V. Role of Biologized Crop Rotations in Humus Content Change in Sod-Podzol Soils of the Upper Volga Region, Zemledelie, 2016, No. 1, p. 14-16. (in Russian)
19. Tsyribko V.B., Ustinova A.M., Tsybul'ko N.N., Kasyanenko I.I., Logachev I.A. Methods for optimizing the agrophysical properties of soils. In book: Improving soil fertility and the use of fertilizers: Proc. of of the Inter. Sci.-pract. Conf. Minsk: IVTS of the Ministry of Finance, 2019, p. 123-125. (in Belarus)
20. Ball1 B.C., Bingham I., Rees R.M., Watson C.A., Litterick A. The role of crop rotations in determining soil structure and crop gro wth conditions, Canadian Journal of Soil Science, 2005, Vol. 85, No. 5, p. 577. DOI: 10.4141/S04-078.
21. Hulugalle N.R., Corkell B.Mc., Heimoana V.F., Finlay L.A. Soil properties under cotton-corn rotations in australian cotton farms, Journal Cotton Science, 2016, Vol. 20, Iss. 4, p. 294-298.
22. Raimbault B.A., Vyn T.J. Crop-rotation and tillage effects on corn growth and soil structural stability, Agronomy Journal, 1991, Vol. 83, p. 979-985. DOI: 10.2134/agronj1991.00021962008300060011x.
Received 25 April 2022 Accepted 25 April 2022 Published 30 April 2022
About the authors:
Gulalyev Chingiz Gyulaly Оglu - Doctor of Agrarian Sci., Head of the Department "Biogeographical Station" of the Institute of Geography, acad. G.A. Aliyev, National Academy of Sciences of Azerbaijan (Baku, Azerbaijan); ch_gulaliyev@yahoo.com
Kocharli Semender Ali Оgly - Ph.D. in Agrarian Sci., Associate Professor in the Laboratory of Soil Physics of the Institute of Soil Science and Agrochemistry, National Academy of Sciences of Azerbaijan, (Baku, Azerbaijan); ch_gulaliyev@yahoo.com
Kozlova Alla Afanasievna - Doctor of Biol. Sci., Associate Professor, Biology and Soil Faculty, Irkutsk State University (Irkutsk, Russia); allak2008@mail.ru
Jafarov Ali Musa Оgly - Ph.D. in Agrarian Sci., Head of the Laboratory of Soil Physics of the Institute of Soil Science and Agrochemistry, National Academy of Sciences of Azerbaijan (Baku, Azerbaijan); alicafarov@mail.ru
| (сс)Е^^^И Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 License
