CC BY
54
ISSN 0202-5493.МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (153-154), 2013
лее благоприятные условия для формирования урожайности подсолнечника складываются при использовании в зернопропашном севообороте чередования поверхностного и отвального способов основной обработки почвы.
The change of agrophysical qualities of soil (density, pore volume, structural composition, moisture) under different methods of primary tillage was studied in the stationary field experiment in ordinary chernozem. The most favourable conditions for sunflower productivity formation develop when the alternation of surface and moldboard methods of primary tillage is used in grain-tilled crop rotation.
Ключевые слова: подсолнечник, чернозем обыкновенный, обработка почвы, агрофизические свойства, урожай
ИЗМЕНЕНИЕ АГРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО И УРОЖАЙНОСТЬ ПОДСОЛНЕЧНИКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ В ЗЕРНОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ
С.В. Гаркуша,
доктор сельскохозяйственных наук Е.П. Божко,
кандидат сельскохозяйственных наук
A.П. Петряков,
кандидат сельскохозяйственных наук
B.Н. Самодуров,
кандидат сельскохозяйственных наук
ГНУ Северо-Кубанская сельскохозяйственная опытная станция КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко 353742, Краснодарский край, ст. Ленинградская, ул. Хлеборобов, 301А
В условиях стационарного полевого опыта на черноземе обыкновенном изучено изменение агрофизических свойств (плотность, скважность, структурный состав, влажность) почвы при различных способах основной ее обработки. Наибо-
УДК 631.582:631.559:633.854.78
Введение. Изучение агрофизических и агрохимических процессов, приведение их в соответствие с потребностями культурных растений в севооборотах и их звеньях с целью получения максимально возможного урожая высокого качества при одновременном сохранении и повышении плодородия почвы является одной из актуальных задач современного земледелия.
В течение многих лет проводятся научные исследования по разработке новых и совершенствованию существующих технологий выращивания сельскохозяйственных культур, основанных на применении безотвальной обработки почвы взамен плужной или на отказе от всех видов механических обработок. Многочисленные научные разработки и исследования, посвященные изучению влияния агрофизического и агрохимического состояния почвы на урожайность сельскохозяйственных культур в севооборотах и их звеньях, доказывают, что на постепенное снижение урожайности оказывает влияние увеличение плотности почвы и снижение органического вещества в ней. Поэтому изучение влияния способов основной обработки на агрофизические, агрохимические ее свойства и величину урожая подсолнечника в условиях чернозема обыкновенного явилось одной из задач наших исследований.
Условия и методика проведения исследований. Исследования проводились в 2007-2009 гг. в стационарном многофакторном опыте ГНУ «СевероКубанской сельскохозяйственной опытной станции» КНИИСХ им. П.П. Лукья-ненко в 8-польном зернопропашном севообороте с чередованием культур: озимая пшеница - соя - озимая пшеница - сахарная свекла - озимая пшеница - кукуруза на зерно - озимая пшеница -подсолнечник.
Почва опытного участка - мощный малогумусный чернозем обыкновенный на лессовидном суглинке. Мощность гумусового горизонта 110-116 см на период закладки опыта (2006 г.), содержание гумуса в пахотном слое составило 3,86-3,96 %, показатель рН солевой вытяжки 7,057,08, водной - 8,10-8,17. Общие запасы питательных веществ в пахотном слое составили: азота - 0,22-0,24 %, фосфора -0,16-0,22, калия - 1,7-2,0 %.
Схема опыта включала четыре системы основной обработки почвы: 1 - классическая (контроль) - чередование поверхностной обработки почвы на глубину 8-10 см под озимую пшеницу и отвальной вспашки на 27-30 см под пропашно-технические культуры; 2 -ежегодная поверхностная обработка на глубину 8-10 см с использованием дисковой бороны БДТ-ЗМ под все культуры севооборота; 3 - ежегодная мульчирующая обработка почвы на глубину 8-10 см с использованием дисковой бороны БДТ-ЗМ в один след и тяжелого культиватора СКР-5 под все культуры севооборота; 4 -ежегодно без механических обработок почвы с оставлением измельченных растительных остатков всех культур севооборота на поверхности почвы (нулевой вариант).
Подсолнечник возделывался по предшественнику озимая пшеница. Способы основной обработки почвы изучали на удобренном фоне. Минеральные удобрения вносили под основную обработку почвы: под озимую пшеницу К60Р60К60 +
весной в подкормку, под сою -К40Р40К40, под сахарную свеклу -К60Р80К60, под кукурузу на зерно -К40Р60К40, под подсолнечник - К40Р60.
Для повышения почвенного плодородия измельченная в процессе уборки солома озимой пшеницы и листостебельная масса пропашно-технических культур заделывались в почву согласно схеме опыта.
Общая площадь делянки 3200 м , учетная - 3000 м , повторность 3-кратная. Размещение делянок систематическое.
Годы исследований различались по погодным условиям, что позволило объективно оценить приемы основной обработки почвы. Суммарное количество осадков за вегетационный период в 2007 г. составило 253,2 мм, в 2008 - 265,4 мм, а в 2009 г. - 266,0 мм при среднемноголетней норме 313,2 мм. Среднесуточная температура воздуха колебалась в пределах 19,3-20,2 °С при среднемноголетней норме 19,3 °С. Май, август и сентябрь отличались значительным дефицитом осадков, а июнь - избыточным увлажнением.
Результаты исследования. В комплексе приемов возделывания подсолнечника важное значение имеет основная обработка почвы, которая создает благоприятные условия для накопления и сохранения влаги, улучшает агрофизические свойства почвы, а также активизирует микробиологические процессы.
Несмотря на то, что корневая система подсолнечника обладает способностью проникать в глубокие слои почвы, многочисленные наблюдения свидетельствуют о том, что при ее уплотнении из-за недостатка воздуха активность микробиологической деятельности снижается, тогда как в рыхлой - создаются условия для накопления питательных веществ [1].
Для оптимального роста и развития растений требуется определенная плотность почвы, которая для большинства культур составляет 1,10-1,30 г/см3. Поэтому уменьшение интенсивности рыхления почвы, вплоть до полного отказа от
него, и переход на возделывание растений методом прямого посева (без основной обработки почвы) без ухудшения развития корневой системы возможно лишь на почвах, равновесная плотность которых равна оптимальной или близка к ней. По мнению Тарасенко, на черноземах Кубани в среднем лучшим для роста и развития культур является посев, плотность пахотного слоя которого находится в пределах 1,20-1,25 г/см3 [2].
Наши исследования плотности сложения пахотного слоя при использовании ресурсосберегающих способов основной обработки почвы показали, что в среднем за три года ее показатели на начало вегетации культуры варьировали по вариантам опыта в пределах 1,18-1,23 г/см3.
После посева подсолнечника, когда был проведен весь комплекс агротехнических мероприятий по подготовке почвы в варианте с применением классического способа основной обработки, предусматривающего чередование поверхностной обработки и глубокой вспашки, плотность посевного (0-10 см) слоя составила 1,14 г/см3. Это указывает на то, что почва оптимально подготовлена к посеву. В слое 10-20 см этот показатель был относительно выше, чем в слое 0-10 см, и составил 1,20 г/см , в слое 20-30 см значение данного показателя стабилизировалось до 1,21 г/см . В среднем в пахотном слое почвы (0-30 см) плотность в этот период составила 1,18 г/см3, что соответствует оптимальной плотности для роста и развития подсолнечника (табл. 1).
При ежегодном отказе от основной обработки почвы показатели плотности выше: в слое 0-10 см на 0,06 г/см3, в слое 10-20 см - на 0,05 и в слое 20-30 см - на 0,04 г/см3, чем при классическом. В среднем в слое 0-30 см этот показатель составил 1,23 г/см , что на 4,2 % выше в сравнении с классическим.
При поверхностном и мульчирующем способах основной обработки почвы показатель плотности занимал промежуточное положение и в среднем в слое 0-30 см составил 1,21 г/см3. Установлена достоверная разница в значениях плотности
пахотного слоя почвы, которая между вариантами с классическим и энергосберегающими способами обработки составила 0,03-0,05 г/см3.
Таблица 1
Плотность почвы под посевом подсолнечника в зависимости от способа основной обработки почвы, г/см3 (2007- 2009 гг.)
Способ обработки почвы Слой почвы, см Средняя в слое 0-30 см
0-10 10-20 20-30
Начало вегетации
Классический 1,14 1,20 1,21 1,18
Поверхностный 1,18 1,24 1,22 1,21
Мульчирующий 1,18 1,22 1,23 1,21
Нулевой 1,20 1,25 1,24 1,23
Конец вегетации
Классический 1,20 1,23 1,24 1,22
Поверхностный 1,25 1,28 1,28 1,27
Мульчирующий 1,23 1,28 1,27 1,26
Нулевой 1,26 1,30 1,28 1,28
За период вегетации подсолнечника в связи с иссушением пахотного слоя происходило дальнейшее уплотнение почвы, которое к уборке культуры достигло максимальных значений - 1,28 г/см3.
Проводимые междурядные обработки при классическом и ресурсосберегающих способах основной обработки (поверхностном и мульчирующем) не способствовали разуплотнению почвы в слоях 10-20 и 20-30 см, плотность их находилась в пределах 1,26-1,28 г/см .
В нулевом варианте плотность почвы по сравнению с показателями, полученными в начале вегетации, изменилась на 0,03-0,07 г/см в зависимости от почвенного слоя. В среднем в слое почвы 0-30 см в этом варианте на период уборки плотность почвы была максимальной и составила 1,28 г/см .
Более детальный анализ значений плотности 0-30 см слоя почвы на конец вегетации культуры позволил выявить динамику ее изменения по годам в зависимости от способов основной обработки (рис. 1).
Рисунок 1 - Динамика изменения плотности 0-30 см слоя почвы в зависимости от способа основной обработки, г/см
Динамика увеличения плотности сложения пахотного 0-30 см слоя почвы на варианте с энергосберегающими способами основной обработки имела одну общую закономерность. Наблюдалось равномерное увеличение значений данного показателя в зависимости от продолжительности применения способа основной обработки, достигнув максимума в 2009 г. - 1,28-1,30 г/см3.
Изменение плотности сложения пахотного слоя в варианте с классическим способом обработки почвы носило несколько иной характер. Так, в 2007 и 2008 гг. отмечены близкие значения плотности почвы - 1,21 и 1,22 г/см3, а в 2009 г. наблюдалось незначительное увеличение данного показателя - на 0,02-0,03 г/см .
По всем способам основной обработки наиболее уплотненной на конец вегетации культуры была почва в слое 10-20 и 20-30 см. В варианте с классическим способом обработки почвы плотность указанных слоев была максимальной в 2009 г. и составила 1,25 и 1,24 г/см соответственно. По энергосберегающим обработкам значения данного показателя увеличивались по годам, также достигнув максимума в 2009 г., изменяясь в диапазоне 1,28-1,33 (10-20 см) и 1,29-1,31 г/см3 (20-30 см). Данные показатели плотности почвы близки к критическим для роста и развития подсолнечника, так как затрудняют
проникновение корневой системы растений в более глубокие слои почвы, что ведет к нарушению водного и пищевого режимов растений.
Почвенные условия жизни растений наряду с объемной массой почвы определяет и такой показатель строения пахотного слоя, как общая пористость: общий объем пор и пустот между частицами почвы в единице объема. В естественном состоянии поры и пустоты заполнены воздухом и водой.
По обобщенным результатам исследований научных учреждений РФ, в том числе и Кубани, оптимум общей пористости лежит в пределах 50-55 %. Если данный показатель менее 50 %, прежде всего ухудшается аэрация [3; 4]. Уровень аэрации пахотного слоя может снижаться без вреда для полевых культур до 15 %. При содержании воздуха в почве менее 10-15 % от объема пор биологическая активность и, прежде всего, нитрификационная способность резко снижаются, а продуктивность культуры падает [5].
Наши исследования показали, что в начале вегетации подсолнечника значение общей пористости пахотного слоя в зависимости от способа основной обработки было близким к оптимуму - 54,156,0 %. В результате уплотнения пахотного слоя почвы к концу вегетации культуры на вариантах с ресурсосберегающими способами основной обработки отмечено снижение данного показателя до 52,1-53,0 % (табл. 2).
Важным физическим показателем плодородия почвы является ее структурное состояние. Уменьшение содержания агрономически ценных агрегатов и увеличение глыбистости ведет к снижению продуктивности культур. По данным ряда исследователей, проводивших научные изыскания на Кубани, установлено, что оптимальным количеством агрономически ценных агрегатов, при котором создается благоприятный водно-воздушный и пищевой режимы почвы, является 60-80 % от общей ее массы [6].
Таблица 2
Агрофизические показатели пахотного слоя чернозема обыкновенного в зависимости от способа основной обработки почвы (среднее 2007-2009 гг.)
Способ обработки почвы Плотность почвы в слое 0-30 см, г/см3 Пористость почвы в слое 0-30 см, % Содержание агроно-миически ценных агрегатов, % Коэффициент структурности почвы, Кс
Фаза вегетации
начало конец начало конец начало конец начало конец
Классический (контроль) 1,18 1,22 56,0 54,5 71,0 69,3 2,50 2,30
Поверхностный 1,21 1,27 54,9 52,6 68,5 64,0 2,20 1,78
Мульчирующий 1,21 1,26 54,9 53,0 69,5 65,9 2,30 1,93
Нулевой 1,23 1,28 54,1 52,1 67,3 63,2 2,06 1,72
Наши исследования показали, что в пахотном 0-30 см слое почвы структура зависела от изучаемых способов основной обработки. Структурный анализ, проведенный методом сухого фракционирования, показал, что в среднем за три года на начало весенней вегетации подсолнечника наилучшая структура почвы формировалась при классическом способе основной обработки. Коэффициент структурности равен 2,50 единиц, а количество агрономически ценных агрегатов (0,25-10 мм) - 71 %; при нулевом способе основной обработки значения показателей структуры почвы были самыми низкими - 2,06 единиц и 67,3 % соответственно.
По поверхностному и мульчирующему способам основной обработки почвы показатели оструктуренности пахотного слоя мало отличались между собой. Однако в зависимости от способа обработки почвы их показатели варьировали в пределах 2,20-2,30 единиц и 68,5-69,5 % соответственно.
На конец вегетации подсолнечника в результате уплотнения почвы произошло увеличение содержания в пахотном слое агрегатов размером более 10 мм, представляющих глыбистую фракцию, коли-
чество которой в опыте колебалось в пределах от 30,7 % в варианте с классическим способом основной обработки до 36,8 % в варианте с нулевым способом обработки. В связи с этим к концу вегетации подсолнечника отмечено снижение коэффициента структурности. Разница между вариантами с классическим способом обработки и энергосберегающими составила 0,37-0,58 единиц, с минимальными значениями данного показателя -1,72 единицы - при нулевом способе обработки.
Различные способы основной обработки почвы оказали существенное влияние на накопление влаги в двухметровом слое почвы (табл. 3).
Таблица 3
Влияние способов основной обработки почвы на содержание доступной влаги в слое 0-200 см и коэффициент водопотребления подсолнечника (в среднем за 2007-2009 гг.)
Способ обработки почвы Запасы продуктивной влаги (мм) по периодам Коэффициент водопотребления, м3/т
посев цветение перед уборкой
Классический (контроль) 329,1 142,9 102,3 152,6
Поверхностный 316,8 95,8 79,8 187,3
Мульчирующий 314,6 100,1 78,1 193,6
Нулевой 308,8 104,0 76,0 223,2
Перед посевом культуры в среднем за три года наибольшим количество продуктивной влаги (329,1 мм) в 0-200 см слое почвы было там, где непосредственно под подсолнечник применяли глубокую отвальную вспашку, то есть при классическом способе основной обработки.
В вариантах с энергосберегающими способами обработки содержание продуктивной влаги уменьшилось по сравнению со вспашкой. При поверхностном и мульчирующем способах обработки запасы влаги составили 316,8 и 314,6 мм, что на 12,3 и 14,5 мм (3,7 и 4,4 %) меньше, чем на контроле. Наименьшее накопление влаги в двухметровом слое почвы отмечено при ежегодном нулевом способе об-
работки - 308,8 мм, что на 6,2 % меньше, чем по классическому способу. Наименьшее накопление влаги по энергосберегающим способам основной обработки почвы объясняется тем, что выпадающие в осенне-зимний период осадки не полностью проникали в пахотный слой почвы, а при наступлении положительных температур весной влага быстрее испарялась из верхних слоев. Не заделанные пожнивные остатки в варианте с нулевой обработкой препятствовали накоплению влаги, поскольку последняя аккумулировалась в достаточно больших объемах в самих остатках.
В фазе цветения подсолнечника содержание доступной влаги в почве значительно уменьшилось по сравнению с ее исходным количеством, но преимущество классического способа обработки почвы сохранялось. В этом варианте в двухметровом слое почвы содержалось 142,9 мм доступной влаги, тогда как в вариантах с энергосберегающими способами обработки - 95,8-104,1 мм. Содержание влаги в двухметровом слое перед уборкой урожая по вариантам обработки колебалось от 76,0-79,8 мм по энергосберегающим обработкам до 102,3 мм по классической.
Для получения высокого урожая подсолнечника важное значение имеет продуктивность использования влаги растениями, или коэффициент водопо-требления, показывающий расход влаги на единицу урожая культуры.
Исследования показали, что в среднем за три года минимальный коэффициент водопотребления подсолнечника получен в варианте с классическим способом обработки почвы - 152,6 м3/т. Снижение интенсивности обработки пахотного слоя почвы (0-30 см) по вариантам с энергосберегающими способами обработки приводило к значительному увеличению значений данного показателя - на 34,770,6 м3/т. Из этого следует, что ежегодное применение мелких (8-10 см) обработок почвы и, в особенности, нулевой способствует увеличению нерациональных потерь влаги на 22,7-46,3 %.
Ухудшение агрофизических показателей при энергосберегающих способах обработки почвы повлияло на рост и развитие растений подсолнечника, а следовательно, и на его продуктивность. Густота стояния растений к уборке варьировала в пределах 43,8-45,7 тыс./га, что ниже в сравнении с классическим способом обработки почвы на 6,6-8,5 тыс./га, или на 12,7-16,9 % (табл. 4).
Таблица 4
Структура как величина урожая подсолнечника в зависимости от способа основной обработки почвы (среднее за 2007-2009 гг.)
Максимальная изреженность растений в течение вегетации культуры отмечена по нулевому способу основной обработки (16,9 %).
Подсолнечник в первой половине вегетации слабо конкурирует с сорняками, что отрицательно сказывается на его урожайности. Наши исследования показали, что в период полных всходов культуры на фоне классического способа обработки на 1 м посевов насчитывалось 127 шт. сорняков, в то время как по энергосберегающим способам обработки -427-447 шт., или в 3,3-3,5 раза больше.
Неравномерная заделка семян из-за наличия большого количества растительных остатков, уплотнение верхнего слоя почвы, высокая засоренность посевов, неудовлетворительное фитосанитарное состояние поля в условиях дефицита влаги отрицательно сказались на густоте
Способ обработки почвы Густота Высо- Количество сухого вещества, т/га Продуктивная Количество семянок, шт./ /корз. Масса семянок, г Урожайность, т/га
стояния растений, тыс./га та рас- тения, см площадь корзинки, см2 с корзинки 1000 штук
Класси-
ческий 52,3 178 5,4 345,5 1623 101,1 62,3 2,83
Поверхностный 44,7 167 2,7 277,1 1173 64,8 55,2 2,11
Мульчирующий 45,7 172 3,2 304,9 1340 75,8 56,6 2,29
Нулевой 43,8 162 2,1 258,5 1128 59,1 52,4 1,90
стояния растений. Ослабленные и изре-женные посевы не смогли сформировать достаточно мощный листовой аппарат, произошло ингибирование фотосинтетической деятельности и, как следствие, по ресурсосберегающим способам обработки почвы сформировалось меньшее количество сухого вещества.
Показатели элементов структуры урожая подсолнечника по энергосберегающим способам основной обработки уступали показателям, полученным по классическому способу обработки.
Урожайность семян подсолнечника с 1 га была максимальной при классическом способе обработки (2,83 т/га). Снижение продуктивности культуры по энергосберегающим способам обработки почвы составило 0,54, 0,72 и 0,93 т/га соответственно. Наименьшая урожайность (1,90 т/га) семян подсолнечника получена при нулевом способе обработки.
Применение ресурсосберегающих способов основной обработки почвы (мелких 8-10 см и прямого посева), на первый взгляд, предполагает снижение затрат. Однако доход с 1 га посевов подсолнечника при энергосберегающих способах обработки снижается за счет уменьшения урожайности и необходимости применения дополнительных химических прополок посевов. При классическом способе обработки почвы условно чистый доход с 1 га посевов в среднем за 3 года составил 17,7 тыс. руб., а при энергосберегающих - 11,9-14,4 тыс. руб. Статистическая обработка данных методом регрессионного анализа позволила установить долю влияния каждого из изучаемых факторов на конечный результат - урожайность подсолнечника в конкретных почвенно-климатических усло-вииях (табл. 5).
Наши исследования показали, что определяющее значение в формировании высокого урожая семян имеют такие показатели, как содержание продуктивной влаги в 2-метровом слое почвы с долей влияния 63,4 % (г = 0,81) и густота стояния растений на 1 га - 42,4 % (г = 0,80).
Доля влияния агрофизических показателей пахотного слоя почвы выразилась положительной и отрицательной коре-ляцией (г = -0,67, 0,60) и уравнением регрессии У=204,12+13,93Х1+1,32Х2+0,85Хз, а с биометрическими показателями и густотой стояния растений соответственно с коэффициентом корреляции 0,72-0,80. Приведение этих показателей к оптимальным значениям для данной культуры положительно отразилось на ее продуктивности.
Таблица 5
Влияние групп факторов на урожайность подсолнечника
Показатель Доля влияния, % Коэффициент коре-ляции Уравнение регрессии
Водно-физические показатели
Плотность почвы 17,0 -0,67 У = 204,12 + 13,93X1 + + 1,32Х2 + 0,85Х3
Пористость слоя 0-30 см 10,4 0,60
Содержание продуктивной влаги (0-200 см) 63,4 0,81
Биометрические показатели
Густота стояния растений 42,4 0,80 У = 33,1-0,25Х! + + 0,34Х2 + 0,75Х3
Количество сухого вещества 21,3 0,72
Заключение. В условиях северной зоны Краснодарского края оптимальный способ основной обработки почвы под подсолнечник в зернопропашном севообороте - классический, предусматривающий чередование поверхностной обработки почвы под озимую пшеницу и глубокой отвальной вспашки (на 28-30 см) под подсолнечник, обеспечивающий получение наибольшего урожая и условно-чистого дохода.
Список литературы
1. Доспехов, Б.А. Обработка почвы в Нечерноземье / Б.А. Доспехов, А. Пупо-нин // Вестник сельскохозяйственной науки. - 1975. - № 12. - С. 12-27.
ISSN 0202-5493.МАСЛИЧНЫЕ КУЛЬТУРЫ. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. Вып. 1 (153-154), 2013
2. Тарасенко, Б.И. Обработка почвы / Б.И. Тарасенко. - Краснод. кн. изд-во, 1975. - 174 с.
3. Кузнецов, И.А. Обработка почвы / И.А. Кузнецов. - Краснодар, 1988. - С. 204.
4. Тарасенко, Б.И. Повышение плодородия почв Кубани / Б.И. Тарасенко. -Краснод. кн. изд-во, 1981. - С. 188.
5. Долгов, С.И. О критериях оптимального сложения пахотного слоя почвы / С.И. Долгов // Проблемы обработки почвы. - София, 1970. - С. 131-142.
6. Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края: юбилейный выпуск, посвященный 75-летию со дня основания КубГАУ / Под ред. И.Т. Трубилина, Н.Г. Малюги. - Краснодар, 1997. - 236 с.
