CC BY
28
УДК 633:631.17:631.445.4:631.871 DOI 10.24411/0235-2516-2018-10025
ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ КУЛЬТУР НА ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ
В.М. Передериева, к.с.-х.н., О.И. Власова, д.с.-х.н., Г.Р. Дорожко, д.с.-х.н., Л.Н. Петрова, д.с.-х.н., И.А. Вольтерс, к.с.-х.н.
Ставропольский государственный аграрный университет, e-mail: perederieva@yandex.ru
Представлены результаты влияния традиционной технологии возделывания культур и технологии прямого посева без обработки почвы на массу растительных остатков и их распределение в слое 0-30 см. Установлено, что в верхнем слое почвы при прямом посеве в зависимости от культуры перед севом находится от 59,6 до 71,8% корневых и пожнивных остатков. Возделывание озимой пшеницы после озимого рапса способствует более интенсивной убыли растительных остатков в верхнем 0-10 см слое почвы за вегетационный период. К полной спелости их масса составляет 22,0%. При возделывании озимого рапса и кукурузы на зерно по колосовым предшественникам в верхнем слое почвы остается соответственно 34,2 и 34,1%растительных остатков. По традиционной технологии в верхнем 0-10 см слое почвы от сева до полной спелости кукурузы убыль биомассы составляет 90,9%, при прямом посеве - 66,0%. В подпахотном слое почвы 20-30 см растительных остатков сохраняется до 42,3%, а при прямом посеве - до 72,2% от первоначальной массы. Возделывание культур по традиционным технологиям с применением рекомендованных для почвенно-климатической зоны приемов способствует ускорению минерализации растительных остатков и обогащению элементами питания почвенного слоя 030 см. Прямой посев сдерживает процесс разложения органического вещества.
Ключевые слова: технология возделывания, растительные остатки сельскохозяйственных культур, чернозем обыкновенный.
DYNAMICS OF PLANT RESIDUES DEPENDING ON TECHNOLOGY OF CROPS CULTIVATION ON ORDINARY CHERNOZEM
Ph.D. V.M. Perederieva, Dr.Sci. O.I. Vlasova, Dr.Sci. G.R. Dorozhko, Dr.Sci. L.N. Petrova, Ph.D. I.A. Wolthers
Stavropol State Agrarian University, е-mail: perederieva@yandex. ru
The results of the influence of traditional crop cultivation technology and direct seeding technology without tillage on the mass of plant residues, their dynamics during vegetation and distribution in the 0-30 cm layer are shown. It is established that in the upper soil layer, in direct sowing, depending on the culture, before Seed is from 59.6 to 71.8% of root and stubble residues. The cultivation of winter wheat after winter rape promotes a more intensive loss ofplant residues in the upper 0-10 cm soil layer during the vegetative period. To full ripeness, their mass is 22.0%. In the cultivation of winter rapeseed and maize for grain by the scrap precursors, 34.2 and 34.1% of plant remains remain in the upper soil layer during this time. Traditional cultivation technology leads to more active decomposition of plant residues. In the upper 0-10 cm layer of soil from sowing to full ripeness of maize, according to traditional technology, biomass decreases by 90.9%, and in direct seeding by 66.0%. In the subsoil layer of the soil, 20-30 cm is preserved up to 42.3% ofplant residues, and in direct sowing up to 72.2% of the original mass. Cultivation of crops using traditional technologies with the application of recommended solutions for the soil and climatic zone promotes the acceleration of mineralization ofplant residues and the enrichment of the soil layer by 0-30 cm. Direct seeding is hampered by the decomposition of organic matter.
Keywords: cultivation technology, plant residues of agricultural crops, ordinary chernozem.
Закон возврата, как один из основополагающих законов земледелия не реализуется в должной мере. Систематическое отчуждение органической массы с урожаем без необходимого возврата в почву,
применение интенсивной отвальной обработки почвы, несоблюдение севооборотов приводят к потере плодородия почв [1]. В почвах Ставропольского края за 70-100 лет сельскохозяйственного ис-
пользования содержание органического вещества снизилось в среднем на 1,5-2,0% [2, 3].
В связи с тем, что животноводческая отрасль на Ставрополье утратила свои масштабы и как следствие снизилась доля вносимого на поля навоза, и значительно сократились посевы многолетних трав, основным источником органического вещества служат растительные остатки, которые поступают в почву после уборки культур. Заделка в почву соломы и стерни, оставшихся на поле после уборки товарной части урожая, повышает структурно-агрегатный состав, микробиологическую активность почвы, способствует увеличению количества водопрочных агрегатов [4-6].
Различные технологии возделывания культур, отличающиеся приемами основной обработки почвы, определяют количество и характер распределения растительных остатков. Отвальная вспашка с оборотом пласта позволяет переместить их на дно борозды, условия в котором не способствуют активной минерализации, а, следовательно, способствуют сохранению органического вещества в почве. При безотвальной обработке почвы на поверхности остается от 75 до 85% стерневых остатков, которые выполняет почвозащитную роль против водной эрозии и дефляции [7]. В настоящее время широко внедряют прямой посев культур, исключающий обработку почвы, особенно это актуально в условиях недостатка влаги. Растительные остатки, остающиеся на поверхности, образуют мульчирующий слой, который способствует сохранению влаги, защите почвы от водной эрозии и дефляции, стабилизации или увеличению содержания гумуса в верхнем слое почвы, снижению темпов минерализации [8].
Цель исследования - дать сравнительную оценку влияния прямого посева и традиционной технологии возделывания сельскохозяйственных культур на динамику массы растительных остатков и их распределение в слое 0-30 см, а также на интенсивность минерализации и поступление питательных веществ в почву.
Объекты и методы исследования. Сравнительную оценку традиционной технологии и прямого посева сельскохозяйственных культур проводили в 2014-2016 гг. в производственных условиях с выделением контрольных полос в хозяйстве, расположенном в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Климат характеризуется как континентальный с умеренным увлажнением (ГТК 0,9-1,1). Средняя многолетняя сумма осадков со-
ставляет 506 мм. Лимитирующим фактором при возделывании сельскохозяйственных культур служит влага. В годы исследований метеорологические условия были характерными для зоны неустойчивого увлажнения. Более благоприятные условия по влагообеспеченности были в 2016 г., когда осадков выпало на 67 мм больше средних многолетних значений. В 2014 и 2015 г. наблюдался дефицит осадков, их сумма была на 77 и 114 мм ниже нормы.
Почва представлена черноземом обыкновенным и типична для зоны неустойчивого увлажнения. Содержание гумуса в пахотном слое составляет 3,3%, Р2О5 - 22 мг/кг, К2О - 255 мг/кг. Реакция почвенного раствора щелочная (рИка 8,0).
Объектом исследований были: озимый рапс по предшественнику озимой пшенице; озимая пшеница после озимого рапса и кукуруза на зерно по озимому ячменю.
В качестве основной обработки почвы под озимый рапс и озимую пшеницу применяли обработку комбинированным почвообрабатывающим агрегатом АКМ-6,3 на глубину 14-16 см. После озимого ячменя под кукурузу на зерно проводили вспашку плугом ПН-4-35 на 20-22 см. Прямой посев проводили в необработанную почву сеялкой ИМЕТЛЬ. Солому во время уборки предшественников измельчали и разбрасывали по полю с последующей заделкой при основной обработке почвы, а при прямом посеве она оставалась на поверхности.
Массу растительных остатков, включая стерню, солому и корни, определяли в динамике в течение вегетации культур весовым методом [9]. Для этого почвенным буром в 12 местах каждого поля отбирали почву на глубину 0-30 см, по слоям через каждые 10 см. При отборе образцов для анализа верхний слой почвы не очищали от растительных остатков, а учитывали их суммарно со слоем 0-10 см. Отобранные образцы переносили на сито с диаметром 1 мм, отмывали от почвы, высушивали до воздушно-сухого состояния и взвешивали.
Растительные остатки изучаемых предшествующих культур различаются по химическому составу, что оказывает влияние на скорость их минерализации (табл. 1).
Результаты. Полевые культуры развивают различную по массе и глубине проникновения корневую систему и различную надземную массу. В пределах одного вида эти параметры могут изменяться в зависимости от способов возделывания [11]. Особенность технология прямого посева заключается в
1. Химический состав растительных остатков сельскохозяйственных культур [10]
Культура Зола, %' Са, г/кг Р2О5, г/кг К, % N % С, % I С : N
Озимая пшеница__7,12__3,27__0/76__0,99__0,55__42,9__78
Озимый рапс__6,04__3,53__0,94__1,02__045__40,5__90
Озимый ячмень__620__454__094__095__0,56__42,4__76
том, что растительные остатки остаются на поверхности почвы. Сравнительная оценка традиционной технологии возделывания озимого рапса и прямого посева свидетельствует, что к севу культуры основная масса растительных остатков сосредоточена в верхнем слое почвы и на поверхности. При возделывании озимого рапса по озимой пшенице по традиционной технологии вспашку не проводили, а обрабатывали почву на мелкую глубину безотвальным способом. В связи с этим почти половина (49,1%) от общего количества растительных остатков находится в слое 0-10 см и на поверхности (табл. 2).
При использовании технологии прямого посева надземная часть растительных остатков остается на поверхности, а в почву попадают корни или стерня, перемещенные в результате деятельности роющих животных и другой почвенной фауны, а также в нарезанные щели при посеве. В слое 0-10 см, включая остатки на поверхности, сосредоточено 70,4% растительной массы, которая создает слой мульчи, определяющий особенность прямого посева [12]. С продвижением вниз по исследуемому слою количество негумифицированных растительных остатков убывает. На глубине 10-20 см при традиционной технологии этот показатель составляет 30,6%, а при прямом посеве всего 18,7% от общей массы. При использовании прямого посева происходит существенное обеднение подпахотного горизонта органическим веществом в виде неразложившихся растительных остатков.
Традиционная технология за счет перемешивания растительных остатков с почвой в процессе ее механической обработки, повышения аэрации и как следствие биологической активности микрофлоры способствует ускорению минерализации растительных остатков [7]. К периоду стеблевания их количество в слое 0-30 см снижается на 48,5%, а при прямом посеве на 26,1%. Если рассматривать дифференцированно по слоям, то прямой посев позволяет сохранить к этому периоду до 68,3% растительных остатков в верхнем слое и на поверхности почвы.
Преобладание в составе растительных остатков предшествующей культуры озимой пшеницы способствует тому, что к концу вегетации рапса растительные остатки не разлагаются полностью, причем при прямом посеве их остается на 14,3% больше по сравнению с традиционной технологией. Оставление соломы на поверхности сдерживает процесс минерализации органического вещества. Исследования по распределению растительных остатков по профилю почвы в зависимости от технологии возделывания озимой пшеницы после озимого рапса подтверждают установленные выше закономерности. Отмечается четкая дифференциация исследуемого слоя почвы по поступлению растительных
остатков и обогащению органическим веществом. Наибольшее количество растительной биомассы локализуется в слое почвы 0-10 см, включая поверхность. При этом происходит обеднение подпахотного слоя органическими остатками. Перед севом озимой пшеницы без обработки почвы в нем находится всего 10,5% растительных остатков от их общего количества в слое 0-30 см (табл. 3).
Весной в фазе кущения озимой пшеницы растительные остатки рапса еще сохраняются в неразло-жившемся виде, более интенсивно их убыль происходит в слое почвы 0-10 см. Так, при традиционной технологии остается к этому времени 1,48 т/га, или 35,7%, а при прямом посеве - 2,92 т/га, или 57,5%.
К полной спелости озимой пшеницы в слое почвы 0-10 см при применении традиционной обработки почвы сохраняется 13,5% органических остатков по сравнению с тем количеством, которое отмечалось перед севом, при прямом посеве этот показатель равен 22,0%. С продвижением вниз по
2. Биомасса растительных остатков в зависимости от технологии возделывания озимого рапса по предшественнику озимая
Технология Слой почвы, см
0-10 + на поверхности 10-20 20-30 0-30
Перед севом
Традиционная 2,95 1,84 1,22 6,01
Прямой посев 4,61 1,23 0,71 6,55
НСР05 0,83 0,31 0,26 0,27
Стеблевание
Традиционная 1,06 1,24 0,80 3,10
Прямой посев 3,15 1,16 0,53 4,84
НСР05 1,05 0,04 0,14 0,87
Полная спелость
Традиционная 0,51 0,85 0,43 1,79
Прямой посев 1,58 0,85 0,45 2,89
НСР05 0,54 0,00 0,01 0,55
3. Биомасса растительных остатков в зависимости от технологии возделывания озимой пшеницы по предшественнику
Технология Слой почвы, см
0-10 + на поверхности 10-20 20-30 0-30
Перед севом
Традиционная 4,14 1,28 1,16 6,58
Прямой посев 5,08 1,25 0,74 7,07
НСР05 0,47 0,02 0,21 0,25
Кущение
Традиционная 1,48 0,97 1,03 3,48
Прямой посев 2,92 1,12 0,68 4,72
НСР05 0,72 0,08 0,18 0,62
Полная спелость
Традиционная 0,50 0,35 0,78 1,63
Прямой посев 1,12 1,04 0,56 2,72
НСР05 0,31 0,35 0,11 0,55
почвенному профилю скорость разложения растительных остатков значительно снижается.
При возделывании кукурузы на зерно период от уборки предшественника озимого ячменя до сева культуры довольно значительный и продолжается с июля до конца апреля - первой декады мая следующего года. За это время происходит минерализация определенной части растительных остатков, в связи с этим перед севом кукурузы их масса в слое почвы 0-30 см независимо от технологии была ниже по сравнению с данными, полученными по озимой пшенице и озимому рапсу. При общепринятой технологии их масса составляет 3,11 т/га, а при прямом посеве 3,74 т/га (табл. 4).
В верхнем слое почвы при прямом посеве культуры масса сохранившихся растительных остатков более чем в 2 раза выше, чем при традиционной технологии и достигает 2,23 т/га. Традиционная технология возделывания кукурузы, включающая вспашку с оборотом пласта, приводит к перемещению растительных остатков с поверхности в нижнюю часть пахотного слоя почвы. К севу кукурузы в слое 10-20 см масса растительных остатков на 21,8% выше, чем при прямом посеве. В подпахотном слое почвы превышение составляет 30,8% в пользу традиционной технологии. В течение вегетации к фазе формирования трех листьев кукурузы происходят незначительные изменения в убыли растительных остатков. Более быстрыми темпами их количество снижается в верхнем слое почвы при прямом посеве - на 20,2%, а по традиционной технологии в это же время на 3,7%, что обусловлено благоприятными условиями для деятельности микроорганизмов.
Прямой посев кукурузы на зерно приводит к сохранению к концу вегетации до 34,1% растительных остатков в верхнем слое почвы и на поверхности от их первоначальной массы. При традиционной технологии, где применяли вспашку минерализуется 90,8% растительных остатков. Это связано с тем, что вторая половина вегетация кукурузы не всегда проходит в благоприятных условиях по увлажнению и
4. Биомасса растительных остатков в зависимости от технологии возделывания кукурузы на зерно по предшественнику озимый
ячмень среднее за 2014-2016 гг.), т/га
Технология Слой почвы, см
0-10 + на поверхности 10-20 20-30 0-30
Перед севом
Традиционная 1,09 1,24 0,78 3,14
Прямой посев 2,23 0,97 0,54 3,74
НСР05 0,57 0,14 0,12 0,30
3-х листьев
Традиционная 1,05 1,22 0,66 2,93
Прямой посев 1,78 0,84 0,49 3,11
НСР05 0,37 0,19 0,09 0,09
Полная спелость
Традиционная 0,10 0,21 0,33 0,64
Прямой посев 0,76 0,59 0,39 1,74
НСР05 0,33 0,19 0,03 0,53
при повышенном температурном режиме, что приводит к иссушению верхнего слоя и снижению темпов минерализации растительных остатков, находящихся на поверхности почвы. В целом в слое почвы 0-30 см при традиционной технологии возделывания кукурузы к полной спелости находится 20,5% растительных остатков от их первоначальной массы, а при прямом посеве 46,5%.
Влияние технологий возделывания культур на плодородие почвы определяется не только количеством, но и качеством растительных остатков. Масса минерализовавшихся растительных остатков за период от сева до полной спелости культур и их химический состав, представленный в таблице 1, позволяют рассчитать поступление питательных веществ в почву. Традиционные технологии сельскохозяйственных культур, в которых почва подвергается обработке, приводят к повышению скорости разложения растительных остатков и обогащению элементами питания почвенного слоя 0-30 см. За вегетационный период культур, возделываемых по традиционной технологии, поступление азота в почву на 2,7-3,1 кг/га выше, чем при прямом посеве (табл. 5).
5. Поступление элементов питания в слой почвы 0-30 см при минерализации растительных остатков за вегетационный период культур (среднее за 2014-2016 гг.)
Культура (предшественник) Технология Масса разложившихся остатков от сева до полной спелости, т/га Поступление элементов питания с растительными остатками, кг/га
N Р2О5 К2О Суммарно, ]]РК
Озимый рапс (озимая пшеница) традиционная 4,22 23,2 3,21 41,8 68,2
прямой посев 3,66 20,1 2,78 36,2 59,1
НСР05 0,28 1,6 0,72 2,8 -
Озимая пшеница (озимый рапс) традиционная 4,95 22,3 4,65 50,5 77,5
прямой посев 4,35 19,6 4,10 44,4 68,1
НСР05 0,30 1,4 0,28 3,1 -
Кукуруза на зерно (озимый ячмень) традиционная 2,50 14,0 2,35 23,8 40,2
прямой посев 2,0 11,2 1,88 19,0 32,1
НСР05 0,25 1,4 0,24 2,4 -
За счет растительных остатков происходит более существенное обогащение почвы фосфором и калием. При сохранении выявленных закономерностей за период от сева до полной спелости суммарно наибольшее количество азота, фосфора и калия (77,5 кг/га) поступает в почву при возделывании озимой пшеницы после озимого рапса по традиционной технологии, что свидетельствует о более высоких темпах минерализации, несмотря на более широкое соотношение между углеродом и азотом. Это связано с тем, что с течением времени в процессе минерализации наибольший темп роста концентрации азота по сравнению с исходным уровнем происходит в остатках культур, имеющих более широкое начальное соотношение С:К [13].
При прямом посеве в течение вегетации культур за счет снижения темпов разложения растительных остатков, особенно в верхнем слое почвы и на поверхности обогащение слоя 0-30 см элементами питания происходит в меньшем количестве, но при этом реализуется одна из основных задач - формирование мульчирующего слоя из растительных остатков на поверхности почвы.
Таким образом, технология возделывания культур влияет на массу и распределение растительных остатков в слое почвы 0-30 см, а также на их динамику в течение вегетации. При
возделывании озимого рапса по озимой пшенице и озимой пшеницы по озимому рапсу по традиционной технологии, включающей мелкую обработку почвы без оборота пласта и технологии прямого посева, основная масса растительных остатков локализуется в слое 0-10 см, включая растительную массу, оставшуюся на поверхности почвы. При этом происходит обеднение нижней части пахотного и подпахотного горизонта. Традиционная технология, которая предусматривает вспашку при возделывании кукурузы на зерно, приводит к более равномерному распределению растительных остатков с тенденцией к увеличению их массы в нижней части пахотного слоя почвы. Количество и качество растительных остатков влияет на скорость их минерализации и поступление питательных веществ в почву в течение вегетации культур. Минерализация растительных остатков происходит быстрее при традиционной технологии за счет перемешивание их с почвой и создания условий для более активной деятельности почвенной биоты. Внедрение технологий прямого посева сдерживает процесс минерализации органического вещества в почве и способствует созданию мульчирующего слоя.
Литература
1. Агеев В.В., Есаулко А.Н., Стороженко А.Ю. Биологизация систем удобрения - путь гармонизации экологии в севообороте / Труды Международного форума по проблемам науки, техники и образования. - М.: Академия наук о земле, 2002. - С. 126-127.
2. Трухачев В.И., Воронин М.А., Клюшин П.В. Мониторинг агроландшафтов Грачевского района Ставропольского края // Успехи современного естествознания, 2004, № 1. - С. 108-110.
3. Цховребов В.С., Есаулко А.Н., Новиков А.А. Современные проблемы плодородия Ставрополья // Агрохимический вестник, 2017, № 4. - С. 3-8.
4. Цховребов В.С., Фаизова В.И., Никифорова А.М., Новиков А.А. Трансформация органического вещества в черноземах Ставропольского край целины и пашни // Агрохимический вестник, 2017, № 4. - С. 13-16.
5. Дорожко Г.Р., Шабалдас О.Г., Зайцев В.К., Бородин Д.Ю. Прямой посев полевых культур в Ставропольском крае // Земледелие, 2013, № 8. - С. 20-22.
6. Головач А.А. Использование соломы для сохранения и повышения плодородия почв. - Режим доступа: http://old. agriculture.by/archives/1411.
7. Бойков В.М., Старцев С.В., Чурляева О.Н. Анализ процессов заделки незерновой части урожая в пахотный слой почвоообрабатывающими орудиями // Аграрный научный журнал, 2015, № 6. - С. 57-59.
8. Дридигер В.К., Стукалов Р.С., Гаджиумаров Р.Г. Роль растительных остатков в технологии возделывания сельскохозяйственных культур без обработки почвы / Актуальные проблемы земледелия и защиты почв от эрозии: сборник докладов Международной научно-практической конференции и Школы молодых ученых, посвященных Году экологии и 50-летию выхода Постановления о борьбе с эрозией почвы. - Курск, 2017. - С. 39-49.
9. Васильев И.П., Туликов А.М., Баздырев Г.И. и др. Практикум по земледелию. - М.: Колос С, 2005. - 253 с.
10. Куприченков М.Т., Антонова Т.Н. Ферменты в почвах Предкавказья: монография. - Ставрополь: Агрус, 2010. - 192 с.
11. Передериева В.М., Ткаченко Д.А. Влияние предшественников и способов обработки почвы на биологические показатели плодородия // Агрохимический вестник, 2005, № 4. - С. 14-15.
12. Русакова И.В. Ресурсосберегающие технологии использования растительных остатков // Агрохимический вестник, 2012, № 3. - С. 40-42.
13. Новиков А.А., Кисаров О.П. Обоснование роли корневых и пожнивных остатков в агроценозах // Научный журнал КубГАУ, № 78(04), 2012, http://ej.kubagro.ru/2012/04/pdf/36/pdf.
