CC BY
14УДК 633.854.78:631.51
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МУЛЬЧИРУЮЩЕМ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В СЕВЕРНОЙ СТЕПИ УКРАИНЫ
А.И. Цилюрик — Институт сельского хозяйства степной зоны НААН Украины
E-mail: inst_zerna@mail.ru
В статье изложены результаты изучения агроэкономической эффективности отвальной, дифференцированной и мелкой (мульчирующей) систем обработки почвы при выращивании полевых культур в условиях северной степи Украины. Обоснована целесообразность применения мелкой (мульчирующей) системы обработки почвы, которая по продуктивности севооборота на удобренном фоне не уступает отвальной и дифференцированной системам, а также оказывает положительное влияние на структурное состояние пахотного слоя (содержание агрономически ценных агрегатов - 76% ), обеспечивает дополнительную (71-85 м3/га) аккумуляцию продуктивной влаги в осенне-зимний период, экономию горючего (7,0-22,1 л/га), повышение рентабельности производства на 5-14 %.
Ключевые слова: мульчирующая обработка почвы, агрофизические свойства, плодородие, засорённость, продуктивность, экономическая эффективность.
Освоение и интенсивное использование черноземов степной зоны Украины на протяжении длительного периода привело к потере ими значительного количества органического вещества, агрофизической деградации и существенному снижению плодородия почвы. В возобновлении плодородия, защиты от эрозии и накоплении продуктивной влаги в почве важную роль играют органические продукты растительного происхождения - побочная продукция полевых культур (солома, листостебельные остатки пропашных культур). Правильное использование послеуборочных остатков тесно связано с механической обработкой почвы, которая регулирует их распределение на а также поверхности поля, что в свою очередь связано с защитой от дефляции, влагонакоплением и характером их минерализации и гумификации.
В Канаде, США, а в последние годы и на Украине распространилась мульчирующая обработка почвы, то есть сочетание приёмов обработки почвы, преимущественно мелких и поверхностных, без оборачивания пласта с оставлением на поверхности измельчённых послеуборочных растительных остатков предшественника [1-4]. Мульчирующая обработка почвы предусматривает использование почвообрабатывающих орудий, которые обеспечивают сбережение на поле более 30% послеуборочных растительных остатков предшественника для контроля эрозионных процессов [5].
Мульчирующую обработку почвы выполняют плоскорезами, чизелями или дисковыми орудиями. Каждое безотвальное орудие по данным И. А. Пабата [6] оставляет после обработки разное количество послеуборочных остатков предшественника на поверхности почвы:
а) дисковые лущильники и бороны (ЛДГ-15, БДТ-7) оставляют 40-60%;
б) культиваторы плоскорезы (типа КПШ-5) - 85-95%;
в) плоскорезы глубокорыхлители (типа ПГ-3-5) - 80-90%;
г) противоэрозионные культиваторы (типа КПЭ-3,8) - 60-75%;
д) чизельные плуги (типа ПЧ-2,5) - 60-70%;
е) чизель культиваторы (типа КЧП-5,4) - 35-65%;
ж) игольчатые бороны (типа БИГ-3А) - 80-85%;
з) стерневые сеялки (типа СЗС-2,1) - 65-70%. Экспериментальные исследования
выполняли в 2011-2013 гг. в стационарном опыте Института сельского хозяйства степной зоны НААН Украины в короткоротационном севообороте: чистый пар - пшеница озимая - подсолнечник - ячмень яровой - кукуруза. Изучали эффективность систем отвальной, дифференцированной и мульчирующей обработки почвы. Обработку почвы проводили следующими орудиями: 1 - отвальная - плугом ПЛН-4-35 на глубину 20-22 см под ячмень яровой и подсолнечник, 23-25 см под кукурузу, 25-27 см под черный пар (осенью)
№ 2-3 (68-69) 2014
2 - чизельная - канадским чизель культиватором Conser Till Plow на глубину 14-16 см под подсолнечник и ячмень яровой (осенью); 3 - дисковая - бороной БДТ-3 на глубину 10-12 см под ячмень яровой и чистый пар (осенью); 4 - плоскорезная - комбинированным агрегатом КШН-5,6 или КР-4,5 на глубину 14-16 см под кукурузу и 12-14 см под подсолнечник (осенью) в раннем пару (весной).
Схема опыта включала 3 фона: 1) без удобрений + послеуборочные остатки; 2) N30P30K30 + послеуборочные остатки; 3) N30P30K30 + послеуборочные остатки. Минеральные удобрения вносили весной путём разбрасывания под предпосевную культивацию. Исследования проводили согласно общепринятой методике. Плотность сложения почвы определяли методом режущего кольца, твердость почвы - твердомером Ревякина, структурно-агрегатный состав почвы - методом сухого просеивания по Савинову в модификации АФИ, влажность почвы - весовым методом. Опыт заложен в трехкратном повторении, общая площадь опытной делянки - 330 м2, учетная - 100 м2.
Почва опытного участка - чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, содержащий в пахотном слое: гумус -4,2 %, нитратный азот - 13,2 мг/кг, подвижные соединения фосфора и калия (по Чирикову) соответственно 145 и 115 мг/кг. По условиям погоды неблагоприятным для выращивания масличной культуры был 2012 г. Гидротермический коэффициент в период
Владимгрскш ЗешеШецТз
1. Баланс влаги в короткоротационном севообороте на фоне разных систем обработки почвы (в среднем за 2011-2013 гг.)
Чередование культур в севообороте Система обработки почвы Запасы влаги в слое 0-150 см Использовано из почвы в период вегетации, парования, мм Осадки за вегетационный период, (мм) Суммарные потери влаги за вегетационный период, мм Коэффициент водопо-требления, мм/т
перед посевом культур и возобновлением вегетации пшеницы озимой во время уборки урожая, посев пшеницы озимой
Чистый пар отвальная 151,3 151,7 +0,4 210,9 210,5 -
дифференцированная 166,3 158,3 8,0 218,9 -
мелкая (мульчирующая) 175,2 165,7 6,8 217,7 -
Озимая пшеница отвальная 208,3 58,0 150,3 196,2 346,5 71,3
дифференцированная 207,0 53,6 153,4 349,6 69,6
мелкая (мульчирующая) 211,0 61,8 149,2 345,4 71,3
Подсолнечник отвальная 170,3 1,8 168,5 194,6 363,1 157,2
дифференцированная 177,1 2,2 174,9 369,5 141,2
мелкая (мульчирующая) 179,4 3,7 171,2 365,8 134,9
Ячмень отвальная 151,7 33,5 118,2 152,8 271,0 132,2
дифференцированная 169,6 48,3 121,3 274,1 116,6
мелкая (мульчирующая) 160,4 47,6 112,8 265,6 99,1
Кукуруза отвальная 175,3 22,1 153,2 194,6 347,8 72,0
дифференцированная 172,6 27,3 145,3 339,9 64,8
мелкая (мульчирующая) 173,6 31,5 142,1 336,7 60,2
Среднее отвальная 171,4 53,4 118,0 189,8 307,8 86,5
дифференцированная 178,5 57,9 120,6 310,4 78,4
мелкая (мульчирующая) 179,9 62,1 116,4 306,2 73,1
наибольшего водопотребления растений (июнь - первая половина июля) в 2011 г. составлял 0,7, в 2012 г. - 0,6 и в 2013 г. - 0,9. Показатель ГТК меньше 0,7 свидетельствует о наличии по-чвенно-воздушной засухи, которая отрицательно влияет на формирование урожая.
Цель исследований - установить влияние разных систем основной обработки почвы и минеральных удобрений при оставлении в поле послеуборочных остатков предшественника на агрофизические свойства почвы, водный и питательный режим, засорённость посевов, продуктивность и эффективность выращивания полевых культур в условиях северной Степи Украины.
Установлено что агрофизические показатели почвы независимо от её обработки находились в оптимальных параметрах. Плотность почвы не превы-
шала критический барьер - 1,35 г/см3 в обрабатываемом слое и составляла по вспашке - 1,18, чизелевании - 1,25, плоскорезном рыхлении - 1,26, дисковой обработке - 1,26 г/см3. Следует также отметить, что при мелкой дисковой обработке наблюдалась дифференциация обрабатываемого слоя по показателям плотности с возрастанием их в слое 10-20 см до 1,3 г/см3. Это связано с механизмом действия почвообрабатывающего орудия, вследствие чего уплотняется вышеупомянутый слой. Твёрдость почвы при вспашке в слое 0-30 см была минимальной - (5,0-8,7 кг/см2), использование чизелевания, плоскорезной обработки и дискования способствовало ее увеличению до 11,9 кг/см-2, 12,1 и 13,3 кг/см2 соответственно, не превышая при этом оптимальные параметры до 21 кг/см2 для полевых культур [7].
Структурный анализ почвы, прове-
дённый весной в слое 0-30 см перед предпосевной культивацией показал, что независимо от способов обработки почвы сумма агрономически ценных структурных агрегатов размером 100,25 мм не превышала 73,2-75,9%. Отмечена тенденция к повышению количества наиболее ценных структурных агрегатов размером 7-0,25 мм на фоне чизельной и дисковой обработки при наличии на поверхности пожнивных остатков.
Запасы продуктивной влаги весной в полутораметровом слое почвы в среднем за три года исследований составляли по отвальной системе обработки - 171,4 мм, дифференцированной - 178,5, мульчирующей - 179,9 мм. Преимущество в накоплении влаги в осенне-зимний период на 7,1-8,5 мм (71-85 т/га) наблюдалось на фоне дифференцированной и мульчирующей систем обработки почвы в сравнении с
8лаЭимгрсШ ЗешеШеф
№ 2-3 (68-69) 2014
2. Влияние систем основной обработки почвы и удобрений на продуктивность севооборота (в среднем за 2011-2013 гг.), т/га
Последовательность культур в севообороте Система обработки почвы и удобрения в севообороте
отвальная дифференцированная мульчирующая
послеуборочные остатки послеуборочные остатки + ^8Р18К18 послеуборочные остатки послеуборочные остатки + ^8Р18К18 послеуборочные остатки послеуборочные остатки
Чистый пар - - - - - -
Пшеница озимая 4,51 4,74 4,45 4,88 4,30 4,82
Подсолнечник 2,38 2,66 2,24 2,68 2,31 2,71
Ячмень яровой 2,51 2,90 2,36 2,88 2,05 2,68
Кукуруза 5,01 5,73 4,94 5,64 4,83 5,59
Получено на 1 га севооборотной площади, т
Всего зерна 2,41 2,67 2,35 2,68 2,23 2,62
В том числе пшеницы озимой 0,90 0,95 0,89 0,98 0,86 0,96
Фуражного зерна 1,50 1,73 1,46 1,70 1,38 1,65
Урожайность зерновых 4,01 4,46 3,92 4,47 3,73 4,36
Выход кормовых единиц 3,57 3,98 2,87 3,99 3,35 3,92
Выход переваримого протеина 0,40 0,44 0,38 0,44 0,37 0,44
Выход зерновых единиц 3,26 3,62 3,15 3,64 3,08 3,59
отвальной вспашкой. Это объясняется присутствием послеуборочных остатков на поверхности почвы, волнистым рельефом при проведении чизеле-вания. В конечном итоге это способствовало большему накоплению снега на протяжении декабря-января при общем недоборе нормативной суммы осадков и практическом отсутствии значительного снежного покрова в годы исследований (табл. 1).
Суммарное использование влаги из почвы варьировало в узком диапазоне 306,2-310,4 мм и почти не изменялось в зависимости от системы обработки почвы. Следует отметить более экономное потребление влаги полевыми культурами на фоне мелкой мульчирующей обработки почвы, о чём свидетельствует снижение показателя коэффициента водопотребления на 13,4 мм/т сравнительно с отвальной вспашкой.
Согласно результатам агрохимического анализа в системе мульчирующей обработки почвы в посевах кукурузы, ячменя ярового, подсолнечника при средней и повышенной обеспеченности N-NO3 наблюдалась тенден-
№ 2-3 (68-69) 2014
ция к снижению количества нитратов по сравнению с отвальной системой на 1,4-3,0 мг/кг. При повышенном и высоком уровне обеспеченности фосфором и калием разница в пределах 1129 мг/кг по содержанию этих элементов в обрабатываемом слое между вариантами мульчирующей и отвальной обработкой почвы считается несущественной. Запасов Р2О5 и К2О в слое 0-30 см перед посевом полевых культур было достаточно для формирования высокого урожая зерна независимо от исследуемых систем обработки и удобрений.
Использование мелкой мульчирующей обработки почвы с оставлением пожнивных остатков в полях севооборота имеет большое значение для возобновления почвенного плодородия, особенно в условиях сокращения объемов использования органических и минеральных удобрений в последние десятилетия. Оставленные на поле пожнивные растительные остатки полевых культур возвращают значительное количество ранее отчуждённых элементов питания, их количество за-
висит в основном от урожая побочной продукции и биологических особенностей культур. Наибольшее количество элементов питания возвращается с растительными остатками пшеницы озимой ^ - 57,4-79; Р2О5 - 13,1-17,3; К2О - 94,0-140,6 кг/га), стеблями подсолнечника ^ - 50,1-70,5; Р2О5 - 13,216,4; К2О - 148,5-186,5 кг/га) и кукурузы ^ - 53,3-65,1; Р2О5 - 29,9-33,3; К2О - 90,4-103,6 кг/га). Существенно меньшее количество (в 1,5-2,0 раза) элементов питания возвращается с побочной продукцией ячменя ярового ^ - 32,9-43,2; Р2О5 - 7,8-10,4; К2О - 43,5-63,7 кг/га) в связи с низкой урожайностью соломы.
Значительное количество элементов питания возвращает в почву и корневая система полевых культур. Например, корни пшеницы озимой после своей минерализации оставляют в почве N - 40,2-63,8 кг/га; Р2О5 - 6,2-8,9 и К2О - 13,9-19,2 кг/га, что несколько меньше по сравнию с растительными остатками, особенно по калию (в 6-8,5 раз), однако составляет весомое количество в общей суме. Такие же законо-
¡¡мЭишрсЩ ЗешебЪдецТз
мерности присущи и для содержания элементов питания в корневых остатках подсолнечника, кукурузы и ячменя ярового в сравнении с элементами питания надземных остатков уменьшение их количества по азоту были в 1,43,1 раза; по фосфору 2,4-4,2 и по калию в 6,2-6,8 раз.
В общей своей массе растительные остатки (корневые + пожнивные) оставляют значительное количество органической массы, которая при гумификации и минерализации частично преобразуется в гумус и подвижные элементы питания (N-N0^ Р2О5, К2О). Вовлечённое в биологический кругооборот общее количество пожнивных веществ распределялось у зерновых культур по отдельным органам растений в таком соотношении: основная продукция 44%; побочная 39-40%; корневая система 16-17%; у подсолнечника соответственно 32, 52 и 16%.
Относительные показатели возможного повторного использования макроэлементов после минерализации массы корней и побочной продукции выращиваемых культур составляют по N - 48-53%, Р2О5 - 30-34%, К2О - 72-90% от объема их биологического кругооборота на формирование урожая, то есть при планировании системы удобрений в севообороте следует учитывать, в первую очередь, компенсацию используемого азота и фосфора.
Применение пожнивных остатков в качестве органического удобрения обеспечивает энергетику культурного почвообразовательного процесса в агроценозах при условии внесения азотных удобрений (азоткомпенсации) 8-10 кг действующего вещества на 1 т пожнивных остатков для обеспечения жизнедеятельности микроорганизмов. Лучше всего использовать азот в аммиачной или амидной форме, то есть сульфат аммония, хлористый аммоний или карбамид. При этом нивелируется использование минерального азота почвы и тормозится процесс минерализации органических веществ вследствие высокой биогенности почвы. При разложении корневых и пожнивных остатков зерновых культур с относительно низким содержанием азота процессы минерализации преобладают над процессами гумификации, так как безазотистые гумусовые соединения нестойки и быстро минерализуются. Установлено, что для корневых
остатков озимой пшеницы коэффициент гумификации составляет 0,15-0,18 (С : N - 35-40 : 1), для соломы - приблизительно 0,10 (С : N - 80 : 1). Коэффициент гумификации органических удобрений (навоза) составляет 0,2-0,3 (С : N - 25-35 : 1). Совместное использовании пожнивных остатков и минеральных удобрений в рекомендованных дозах увеличивает коэффициент гумификации на 23-25%.
Использование пожнивных остатков (солома ранних зерновых, стебли подсолнечника и кукурузы) в качестве органического удобрения имеет также большое экологическое значение:
- равномерно разбросанные по полю пожнивные остатки защищают почву от эрозионных процессов, пересыхания и уплотнения;
- утилизируется большое количество органической массы, а элементы полураспада полностью поглощаются почвенным комплексом;
- органическая масса повторно включается в кругооборот минерального и органического питания растений для формирования нового урожая;
- органическая масса разлагается в почве на протяжении длительного времени, не загрязняет его высокими концентрациями нитратного азота, органического фосфора и калием;
- стабильный баланс поступления в почву и потерь элементов питания растений из пожнивных остатков исключает вымывание подвижных элементов и вынос их с поверхностным стоком в водоёмы;
- оставление на поле пожнивных остатков способствует развитию почвенной фауны, что повышает активность бактерий, червей и других организмов.
Кроме позитивных сторон мульчирующая обработка почвы имеет существенный недостаток, который заключается в росте засорённости посевов ранних зерновых культур и паров в 1,4-1,6 раз, пропашных культур в 1,4-1,8 раза, что обусловливает в отдельные годы необходимость применения гербицидов, которые надёжно контролируют засорённость полей, предупреждая при этом снижение их продуктивности.
Продуктивность полевых культур в 5-польном зернопаропропашном севообороте определялась внесением минеральных удобрений, нежели об-
работкой почвы. Системы основной обработки почвы на удобренных участках вместе с пожнивными остатками оказались равноценными по всем показателям продуктивности: выход зерна (2,42-2,68 т/га), зерновых единиц (3,37-3,64 т/га), кормовых единиц (3,65-3,99 т/га) и переваримого протеина (0,41-0,44 т/га) на 1 га севооборотной площади с небольшой тенденцией к снижению показателей при мелкой мульчирующей системе обработки. В варианте с пожнивными остатками без удобрений преимущество по всем показателям продуктивности имела система отвальной и дифференцированной обработки почвы, вследствие несколько лучшего питательного режима (табл. 2). Выход зерна при отвальной системе обработки был выше на 0,18 т/га (7,5%), зерновых единиц - 0,18 (5,5%), кормовых единиц - 0,22 (6,2%), переваримого протеина - 0,03 т/га севооборотной площади (7,5%) по сравнению с мелкой мульчирующей обработкой.
Внесённые минеральные удобрения в умеренных дозах ^48Р18К18 на 1 га севооборотной площади) вместе с пожнивными остатками существенно повышали продуктивность севооборота. Максимальная прибавка выхода зерна от использования N Р К при отвальной системе обработки составляла 0,26 (9,7%), зерновых единиц 0,36 (9,9%), кормовых 0,41 (10,3%), переваримого протеина - 0,02 (5,0%) т/га. Внесение N Р К при дифференцированной системе обработки повышало выход зерна на 0,33 (12,3%), зерновых единиц - 0,49 (13,5%), кормовых - 1,12 (28,0%), переваримого протеина - 0,06 (13,6%) т/га. Применение ^8Р18К18 в севообороте при мелкой (мульчирующей) системе обработки давало прибавку выхода зерна на 0,39 (14,9%), зерновых единиц - 0,51 (14,2%), кормовых - 0,57 (14,5%), переваримого протеина - 0,07 (15,9%) т/га. Наивысшие прибавки от минеральных удобрений по показателям продуктивности были присущи мелкому (мульчирующему) фону с характерными более жесткими условиями фитосанитарного состояния и питательного режима. Внесенные минеральные удобрения в умеренных дозах повышают продуктивность севооборота больше, чем на 14% сравнительно с отвальной системой обработки и несколько лучшими исходными
8лаЭимгрсШ ЗемлеЗЪдеф
№ 2-3 (68-69) 2014
условиями минерального питания.
Использование альтернативных мульчирующих способов основной обработки почвы (дискование, чизе-левание, плоскорезное рыхление) под полевые культуры даёт возможность оптимизировать эксплуатационные затраты на обработку почвы. В частности, обеспечить экономию топливно-энергетических ресурсов при внедрении дискования на 15,7-17,6 л/га, чизеле-вания 7,0-8,3, плоскорезного рыхления 17,4-22,1 л/га, что в конечном итоге позитивно сказывается на условно чистом доходе и росте уровня рентабельности производства сельскохозяйственной продукции на 5-14%.
На основании исследований следует сделать выводы, что использование мелкой (мульчирующей) обработки улучшает структурное состояние почвы, обеспечивает дополнительную аккумуляцию продуктивной влаги в осенне-зимний период на 71-85 м3/га, экономию горючего 7,0-22,1 л/га и повышение рентабельности производства на 5-14%.
По показателям продуктивности, разные системы обработки почвы в 5-польном севообороте оказались равноценными, кроме вариантов без минеральных удобрений, где мелкая
(мульчирующая) система уступала дифференцированной и отвальной на 5,5-7,5%. Использование минеральных удобрений в умеренных дозах значительно повышало показатели продуктивности севооборотов на 5-13,6%, особенно в системе мелкой (мульчирующей) обработки почвы с более жесткими исходными условиями фитоса-нитарного состояния и минерального питания растений, где они возрастают и превышают 14,0%.
Литература
1. Белых А. Г. О классификации систем обработки почвы // Земледелие. 1980, №9, - С. 33-36.
2. Нетк I. Т. Посухи та Тх вплив на поави озимоТ пшеница Моногрaфiя. Херсон.: Айлант, 2008, - 252 с.
3. Полупан В. И., Зуза С. Г., Полу-пан В. Н., Самодрига Н. Ф. Агрономическая оценка использования соломы в качестве нетрадицеонного удобрения под подсолнечник при различных способах обработки почвы // Агрохiмiя i фунтознавство, Хармв, 2003. Вып. 64.-С. 59-63.
4. Андрieнко А., Андрieнко О. Рослинш рештки пщ соняшник // The Ukrainian Farmer, 2011, №4 - С. 56-59.
5. Crutchfield D. A. Effect of winter wheat (Triticum aestivum) straw mulch
level on weed control // Weed Science, 1986. v. 34. - P. 110-114.
6. Пабат I. А. Грунтозахисна система землеробства, - К.: Урожай, 1992. - 160 с.
7. Медведев В. В. Нульовий обробтэк фунту в европейських краТнах. - Харшв.: ТОВ "Едена", 2010. -202 с.
A.I. Tsilyurik.
EFFICIENCY OF MULCHING PROCESSING OF THE SOIL IN THE NORTHERN STEPPE OF UKRAINE
The article presents the results of studying the effectiveness of agro economic plowing, differentiated and small (mulch) tillage systems when growing field crops in the northern steppes of Ukraine. The expediency of application of small (mulch) tillage systems, crop rotation productivity on which fertilizer is not inferior background plowing and differentiated systems, as well as having a positive impact on the structural state of the arable layer (content agronomically valuable aggregates - 76%), provides additional (71 - 85 m3/hectare) accumulation of productive moisture in the autumn-winter period, fuel savings (7,0-22,1 l/he), increasing profitability on 5-14%.
Keywords: mulch tillage, agro physical properties, fertility, weediness, productivity, economic efficiency.
МОСКОВСКАЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ ЛЕТНЯЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ШКОЛА - MOSES 2014
С 1 июля по 12 июля 2014 г. в РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева на базе кафедры экологии и лаборатории агроэкологического мониторинга, моделирования и прогнозирования экосистем прошла 5-я Московская Международная летняя школа «Агроэкологический менеджмент и инжиниринг», собравшая около 100 человек из российских вузов, аграрных вузов СНГ и стран дальнего зарубежья (Индии, Сербии, Монголии, Замбии, Египта, Бенина), а также молодых ученых и студентов нашего университета.
№ 2-3 (68-69) 2014
Владимгрскш ЗемлеШець
