CC BY
0
ОБРАБОТКА ПОЧВЫ
СЫ: 10.24412/0044-3913-2024-7-3-8 УДК 631.46; 631.51
Изменение биологических свойств чернозёма обыкновенного при разной длительности применения нулевой технологии в условиях Ростовской области
Г. В. МОКРИКОВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник А. Н. ФЕДОРЕНКО1, младший научный сотрудник А. С. СОБИНА1, младший научный сотрудник
К. Ш. КАЗЕЕВ1, доктор географических наук, директор (e-mail: [email protected]) О. Л. КИБАЛЮК2, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник А. В. ГРИНЬКО2, кандидат сельскохозяйственных наук, зам. директора Р. Ф. БАЙБЕКОВ3, доктор сельскохозяйственных наук, академик РАН, профессор Южный федеральный университет, ул. Большая Садовая, 105/42, Ростов-на-Дону, 344090, Российская Федерация 2Федеральный Ростовский аграрный научный центр, ул. Институтская, 1, пос. Рассвет, Аксайский р-н, Ростовская обл., 346735, Российская Федерация 3Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация
Исследования проводили с целью оценки изменений биологической активности чернозёма обыкновенного в первые два года после перехода на нулевую технологию (прямой посев) и спустя 13 лет ее применения. Работу выполняли в условиях Ростовской области. Анализ изменений, произошедших за первые 2 года, проводили в 2023-2024 гг. в шестипольном севообороте с прямым посевом и отвальной вспашкой, влияние длительного использования No-till оценивали в 2021 г. на производственных полях в хозяйствах с нулевой технологией и традиционной вспашкой. В первые два года после смены обработки почвы выявлены незначительные изменения биологической активности
чернозема, которые в большей степени зависели от вида выращиваемой культуры, чем от способа обработки почвы. В первый год прямого посева отмечено снижение содержания общего и активного углерода (на 7...13 % относительно пашни). Еще через год варьирование величин этих показателей и активности ферментов во всех вариантах опыта было недостоверным. В посевах озимой пшеницы и гороха ярового фиксировали увеличение интенсивности эмиссии углекислого газа на 8.37 %, по сравнению с традиционной технологией обработки почвы. При переходе на No-till существенное повышение урожайности относительно вспашки наблюдали в посевах подсолнечника (на 48 %) и гороха (на 19 %), в то время как сбор зерна озимой пшеницы снижался на 9 %. На урожайность льна масличного смена технологии обработки почвы не повлияла. Долгосрочное применение прямого посева (13 лет) способствовало росту содержания активного углерода (на 30. 75 %) и активности ферментов (на 20.50 %). При этом на полях с нулевой технологией выявлено расслоение пахотного горизонта с повышением биологической активности в слое 0.10 см на 20.30 % и более относительно слоя 20.30 см, в то же время в слое 0.30 см при отвальной вспашке не наблюдали различий по величине биоактивности почвы.
Ключевые слова: обработка почвы; прямой посев; No-till; биологическая активность; плодородие; дыхание почвы, мониторинг; биоиндикаторы.
Для цитирования: Изменение биологических свойств чернозёма обыкновенного при разной длительности применения нулевой технологии в условиях Ростовской области / Г. В. Мо-криков, А. Н. Федоренко, А. С. Собина и др. // Земледелие. 2024. № 7. С. 3-8. doi: 10.24412/0044-3913-2024-7-3-8.
Длительное применение традиционных технологий в земледелии, которые характеризуются интенсивным воздействием на почву, ведет к сни-
жению биологической активности сельскохозяйственных земель и плодородия [1, 2]. И хотя в последние годы содержание гумуса в пахотных почвах Юга России стабилизировалось на пониженном уровне, нельзя исключать их дальнейшей деградации [3, 4, 5]. Технология прямого посева (нулевая технология, No-till) служит способом биологизации земледелия, поддержания плодородия почв преимущественно благодаря энергосберегающим и почвозащитным приёмам [6, 7, 8].
При переходе на технологию возделывания сельскохозяйственных культур без обработки почвы снижается механическое воздействие на почву и повышается рентабельность растениеводства из-за уменьшения затрат на моторное топливо, которого расходуется при возделывании культур сплошного сева в 2,5.. .2,7 раза меньше [9]. Однако результаты применения этой энергосберегающей технологии как в мировой практике, так и в отечественном сельском хозяйстве, достаточно противоречивы. Известно как отрицательное, так и положительное влияние нулевой технологии обработки почвы на ее свойства и плодородие. В степной зоне юга Европейской территории России зафиксированы значительные различия в урожайности основных полевых культур при использовании нулевой технологии [10, 11]. Например, сравнительный анализ урожайности озимой пшеницы в Краснодарском крае в период с 2015 по 2022 гг. выявил малоэффективность применения нулевой технологии при её возделывании на черноземе выщелоченном [11]. Однако в условиях Ставропольского края на черноземе сбор гороха и озимой пшеницы в вариантах с нулевой обработкой выше на 8.25 %, по сравнению с отвальной. Повышение урожайности авторы связывали с большими влагозапасами почвы на участках без вспашки [12, 13]. В разных условиях влагообеспечен-ности Ставропольского края эффективность нулевой технологии была различна. В засушливых условиях продуктивность культур повышалась, а в условиях умеренного увлажнения, напротив, снижалась [14, 15, 3 16]. На черноземе обыкновенном Ро- | стовской области сбор зерна озимой л пшеницы при использовании прямого д посева на 18 % выше и с большей рен- л табельностью, чем при традиционной s технологии [9]. Урожайность льна z в опыте ФРАНЦ не зависела от при- ю менения различных агротехнологий 2 и варьировала в пределах от 0,54 о до 0,57 т/га . 4
Достигнутые в исследованиях противоречивые результаты подтверждают необходимость предоставления полных сведений об условиях проведения опытов: указание типа и свойств почв, длительности применения нулевой технологии, особенностей используемой техники и севооборотов, применения удобрений и средств защиты растений, количества растительных остатков и др. [17, 18]. В связи с этим необходимо изучение влияния на плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур нулевой технологии в разных регионах России.
Цель исследований - определение изменения биологической активности чернозёма обыкновенного при различной длительности использования технологии нулевой обработки почвы в условиях Ростовской области для оценки последствий её применения.
В опыте решали следующие задачи: провести исследования влияния на биологическую активность при переходе с традиционной технологии на основе отвальной вспашки на технологию нулевой обработки почвы в агроценозахстационара агрохимии и защиты растений Федерального Ростовского аграрного научного центра; определить результаты воздействия 13-летнего применения нулевой технологии на биологическую активность чернозема в производственных условиях; произвести оценку информативности по отношению к способам обработки почвы разных показателей, характеризующих биологическую активность почвы (активность гидролаз (инвертаза, р-глюкозидаза), активность оксидоредуктаз (дегидрогена-зы), содержание активного углерода и гумуса.
Исследуемая территория расположена на Приазовской наклонной равнине, которая служит продолжением Причерноморской низменности. Почва - чернозём обыкновенный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках южно-европейской фации, согласно классификации почв России - чернозём миграционно-сегрегационный, по классификации ФАО и WRB - Haplic Chernozem (чернозём). Чернозёмы обыкновенные занимают обширные равнины Азово-Кубанской низменности в пределах Краснодарского края и южной части Ростовской области. Мощность гумусового профиля (А+АВ) состав-ч;г ляла 70...90 см. По уровню плодо-q родия этот тип почв - лучший среди n зональных почв Ростовской области. ^ Содержание гумуса в пахотном слое Z составляло 3,9.4,5 %, количество | валового азота - 0,20.0,25 %, фос-§ фора - 0,11.0,16 %, калия - 2,3 % Ч [19]. Содержание подвижных фосфа-® тов преимущественно низкое и очень Л низкое - в пахотном слое 0,6.1,5 М мг на 100 г почвы (по Мачигину),
подвижного калия - повышенное -30,0.47,0 мг на 100 г почвы (по Мачигину). Обеспеченностьлегкогидро-лизуемым азотом непостоянна, для нормального развития сельскохозяйственных культур требуется обязательное внесение азотныхудобрений. Реакция почвенной среды в пахотном слое - 6,7.7,2, в нижних горизонтах рН увеличивается до 8,6.
Место проведения полевых опытов - стационар агрохимии и защиты растений ФГБНу «Федеральный Ростовский аграрный научный центр» (площадь 50 га, площадь элементарной делянки - 0,25 га). До 2022 г. почвы ФРАНЦ обрабатывали по традиционной технологии с отвальной вспашкой. Первый посев озимой пшеницы по технологии No-till произвели в октябре 2022 г., предшественник - соя. Посев осуществляли сеялкой прямого высева Gherardi G-100, глубина посева - 4 см, ширина междурядья - 21 см. В июне 2023 г. изучены 8 опытных площадок с различными агротехно-логиями: традиционная технология (контроль) и No-till, удобренный по той же схеме, что и контрольные участки. Севооборот включал культуры: озимая пшеница (сорт Донская Лира, норма высева - 3,0 млн шт./га); подсолнечник (сорт Статус, норма высева - 50 тыс. шт./га ); лён масличный (сорт Авангард РС-1, норма высева - 5,5 млн шт./га); горох яровой (сорт Премьер, норма высева -1,0 млн шт./га). Удобрения вносили по схеме: нитроаммофоска 100 кг/га в посевах гороха; аммофос 100 кг/га во все остальные делянки; во время весенней подкормки озимой пшеницы - аммиачная селитра 200 кг/га. Делянки, предназначенные под посевы гороха и льна, с осени обрабатывали гербицидом на основе глифо-сата (Спрут экстра 2,5 л/га + Фультек 0,1 л/га; расход рабочего раствора 100 л/га). Полевой опыт заложен в трехкратной повторности (18 делянок с нулевой технологией + 6 делянок с традиционной технологией) для получения более верных результатов по урожайности культур. Полевые исследования и отбор почвенных образцов на опытном участке проводили в июле 2023 и 2024 гг.
Мониторинговые участки на черноземах с длительным применением прямого посева расположены в хозяйстве ИП Мокриков Василий Иванович (ранее оОо «Донская нива») в 30 км севернее полей с опытом ФРАНЦ. Это хозяйство с 2008 г. применяет технологию прямого посева на площади 5500 га. Здесь исследованы два участка на удалении 2 км друг от друга, на каждом из которых есть поле с прямым посевом (ИП Мокри-ков В. И. - NT1 и NT2) и поле со вспашкой (в соседних хозяйствах - ST1 и ST2). Культуры севооборота практически полностью совпадали с воз-
делываемыми культурами в опыте ФРАНЦ. Мониторинговые площадки для подробного изучения разной обработки почвы и пробоотбора на каждом участке при этом расположены в 200 м друг от друга.
Отбор почвенных проб производили из почвенных слоев: 0.10, 10.20 и 20.30 см. В полевых условиях определяли влажность почвы прибором Spectrum Field Scout TDR 100 System на глубине 10.12 см в 10-кратной повторности и дыхания чернозёма газоанализатором CO2 EGM-5 (PP Systems) в 5-кратной повторности методом не дисперсионной инфракрасной спектроскопии. Высушивание образцов для анализов осуществляли при комнатной температуре.
Ферментативную активность почв оценивали по активности разных классов ферментов. Активность дегидрогеназ определяли методом А. Ш. Галстяна, инвер-тазы - модифицированным колориметрическим методом с реактивом Феллинга, глюкозидазы - модифицированным методом Ф. Эйвази и М. Та-батабая с колориметрированием продукта гидролиза п-нитрофенил-ß-Д-глюкопиранозиды. Содержание активного углерода (пермангана-токисляемого органического вещества) определяли модифицированным методом Блейера, содержание гумуса - методом бихроматного окисления [20]. Аналитические исследования проводили в трехкратной повторности каждого из почвенных образцов.
Математическую обработку эмпирических данных осуществляли в программе Microsoft Excel. Для установления взаимосвязи между показателями вычисляли коэффициент корреляции Пирсона. Достоверность различий проверяли с помощью одно-факторного дисперсионного анализа при p=0,05 в четырех вариантах сравнения: между слоями в каждой технологии обработки и в аналогичных слоях двух сравниваемых технологий. В таблицах знаком «*» отмечены величины, достоверность отличий которых подтверждена в результате дисперсионного анализа.
Среднее многолетнее количество осадков в регионе - 514 мм, распределение их по сезону часто неблагоприятное [21]. Относительно небольшое их количество в сочетании с высокими температурами определяет сухость воздуха и почвы, частую повторяемость засух. Максимальный запас влаги отмечают рано весной. В 2023-2024 гг. среднегодовая температура была в пределах нормы (11.12 °C), в то время как количество осадков с января по июнь в 2023 г. составило 341 мм, а в 2024 г. - всего 177 мм.
В опыте ФРАНЦ в первый год после перехода с традиционной пахот-
1. Интенсивность дыхания почвы в опыте ФРАНЦ (2023 г.), г СО2/м2/час
Культура Технология Среднее значение Дисперсия |Ошибка среднего
Пшеница No-till 0,53* 0,005 0,03
традиционная (контроль) 0,39 0,002 0,02
Подсолнечник No-till 0,26 0,001 0,02
традиционная (контроль) 0,21 0,002 0,02
Лён No-till 0,33 0,004 0,03
традиционная (контроль) 0,31 0,003 0,03
Горох No-till 0,88 0,099 0,16
традиционная (контроль) 0,64 0,049 0,11
*достоверное отличие относительно контроля.
ной на нулевую технологию (краткосрочные изменения свойств почвы) в марте 2023 г установлено незначительное, но достоверное увеличение полевой влажности относительно контроля на участках с посевами пшеницы - на 6 %. В июле 2023 г отмечали небольшое снижение влажности почвы в вариантах прямого посева относительно пахотных вариантов (на 7.27 %). Уменьшение влажности на полях севооборота под льном и подсолнечником связано с отсутствием в первый год на поверхности почвы мульчирующего слоя из растительных остатков, который формировался при альтернативной технологии обработки и предохранял почву от высыхания [22]. Разрыхление почвы при пахотной обработке при посеве и культивациях в мае способствовало лучшему сохранению влаги в почве. При длительном использовании прямого посева влажность почвы и запасы влаги повышаются, что подтверждено исследованиями натерритории Ростовской области [23].
Значимый рост интенсивности эмиссии углекислого газа зафиксирован только в посевах озимой пшеницы - на 0,14 г СО2/м2/час больше в варианте N0-1111, по сравнению с контролем (табл. 1). Недостоверность
различий интенсивности дыхания в посевах гороха ярового объясняется большой вариабельностью показателей внутри выборки, однако эмиссия СО2 здесь заметно превышает остальные варианты. Увеличение дыхания почвы на этой площадке может быть связано с особенностью бобовых, обеспечивающих достаточное азотное питание почвенных микроорганизмов. Достоверной корреляции между интенсивностью эмиссии углекислого газа и уровнем влажности не выявлено.
Согласно существующей градации гумусного состояния исследуемые почвы обладают средним уровнем его содержания, характерным для почв региона [24]. В 2023 г в среднем по вариантам применения нулевой технологии содержание гумуса на 0,3 % ниже в слое 10.20 см, в сравнении с традиционной (табл. 2). В 2024 г. не выявлено достоверной разницы содержания гумуса в почвах с разной обработкой. Влияние выращиваемых культур больше, чем применяемых в опыте технологий обработки почвы. Только при сравнении вариантов, засеянных озимой пшеницей, выявлено незначительное дифференцирование содержания гумуса по слоям бывшего пахотного горизонта. Однако отмечен-
2. Содержание активного углерода и гумуса в почве опыта (ФРАНЦ, 2023 г.)
Культура Технология Глубина отбора, см Активный углерод, мг С/кг почвы Гумус, %
M* m M m
Пшеница озимая No-till 0. 10. 10 20 723,5 659,7 28,6 6,7 4,0 3,8 0,05 0,05
традиционная (контроль) 0. 10. 10 20 810,7 766,9 43,2 1,1 4,3 4,2 0,04 0,05
Подсолнечник No-till 0. 10 849,9 44,1 4,5 0,07
10. 20 798,2 85,1 4,2 0,10
традиционная 0. 10 833,8 9,0 4,4 0,04
(контроль) 10. 20 689,4 7,6 4,2 0,02
Лён No-till 0. 10. 10 20 850,8 680,0 60,6 17,1 4,5 4,1 0,05 0,01
традиционная (контроль) 0. 10. 10 20 726,4 751,6 40,9 10,8 4,2 4,1 0,03 0,05
Горох No-till 0. 10 681,2 11,6 4,1 0,07
10. 20 706,6 20,7 3,9 0,04
традиционная 0. 10 781,8 33,9 4,3 0,03
(контроль) 10. 20 666,3 21,3 4,1 0,04
Среднее No-till 0. 10. 10 20 776,4 711,1 50,3 35,3 4,3 4,0 0,15 0,11
традиционная (контроль) 0. 10. 10 20 788,2 718,6 26,8 27,9 4,3 4,2 0,05 0,03
*М - среднее, т - ошибка среднего. Жирным шрифтом выделены достоверные отличия относительно контроля.
ные изменения минимальны для такого показателя, для которого значительны пространственное варьирование и ошибка определения.
Минерализация гумуса возрастает при регулярном турбировании почвы, когда активизируются аэробные процессы. Однако в исследованиях, посвященных многолетнему опыту применения прямого посева, отмечают, что длительное использование ресурсосберегающей технологии способствует постепенной стабилизации гумусного состояния чернозёма, а в ряде случаев увеличивает его содержание, по сравнению со вспашкой [25, 26, 27]. Можно предположить, что в исследуемом опыте в вариантах No-till содержание гумуса незначительно снижается из-за уплотнения бывшего пахотного горизонта, происходящего в результате прекращения вспашки и других механических обработок. Во многих работах, посвящённых изменениям агрофизических свойств почв при длительном применении технологии прямого посева, упоминают, что её плотность не зависит от технологии обработки и изменяется по тем же закономерностям, что и на пахотныхтерриториях. Вероятно, при многолетнем применении No-till происходит стабилизация плотности сложения и других физических характеристик почвы. Расслоение пахотного слоя наблюдали как в вариантах с применением No-till технологии, так и на площадках, обрабатываемых традиционным способом. В связи с этим, нельзя однозначно утверждать, что применение технологии прямого посева в первый год сказывается на дифференцировании содержания гумуса в верхнем слое почвы.
В первый год применения No-till отмечали достоверное снижение содержания активного углерода в вариантах с посевами пшеницы - на 14 %, льна - на 10 % и гороха - на 13 % относительно контроля, а в 2024 г. содержание активного углерода было в среднем на 19 % меньше, чем в вариантах со вспашкой. Однако ранее установлено, что многолетнее использование прямого посева приводило к увеличению доли активного углерода, по сравнению с традиционной технологией обработки, при слабой и средней степени гумификации [28]. Незначительные различия между разными слоями почвы отмечены для всех вариантов (0,1.0,3 %), независимо от способа обработки 3 почвы, однако в большинстве случа- | ев они недостоверны (см. табл. 2). л Между содержанием общего и ак- д тивного углерода наблюдали значи- Л мую положительную корреляцию (r = е 0,80). Между содержанием активного z углерода и интенсивностью эмиссии ю углекислого газа выявлена отрица- 2 тельная зависимость средней силы о (r = -0,55). 4
Рисунок. Ферментативная активность почвы в вариантах прямого посева опыта ФРАНЦ (2024 г.), % от традиционной технологии: планка погрешности - стандарт-наяошибка:Щ — пшеница; -подсолнечник;Щ-лен;Щ—горох.
Активность р-глюкозидазы в посевах льна и гороха в поверхностном слое 0.10 см при No-till достоверно выше (на 1.4 %), чем в соответствующем слое на делянках, обрабатываемых
3. Урожайность сельскохозяйственных культур в зависимости от применяемой технологии (2023 г.)
Культура Технология Урожайность, т/га НСР05
Пшеница озимая No-till 4,28 0,13
традиционная (контроль) 4,71
Подсолнечник No-till 1,96 0,31
традиционная (контроль) 1,32
Лён масличный No-till 0,57 0,29
традиционная (контроль) 0,54
Горох яровой No-till 2,85 0,34
традиционная (контроль) 2,40
отвальной вспашкой (см. рисунок). На участке озимой пшеницы, напротив, происходило снижение активности фермента в этом слое на 11 %. В слое 10.20 см в среднем наблюдали достоверное снижение активности р-глюкозидазы, по сравнению с контролем, за исключением варианта с горохом. Изменение величины показателя по слоям формировалось как на участках прямого посева, так и в вариантах традиционной технологии. Следовательно, нельзя однозначно утверждать о тесной взаимосвязи перехода на прямой посев и расслоении бывшего пахотного горизонта по активности р-глюкозидазы.
Активность инвертазы в слое 10.20 см при прямом посеве достоверно выше (на 15 %), чем при обработке отвальной вспашкой только в варианте с подсолнечником. Существенной разницы в расслоении слоя 0.30 см по активности инвертазы для «¡г почв с разной обработкой не отмечено. q По активности дегидрогеназ значи-2мые различия отмечены только в по-^ севах озимой пшеницы, где в поверх-Z ностном слое (0.10 см) почвы при | No-till фиксировали превышение кон-ел трольной величины на 25 %. При при-
4 менении традиционной технологии
5 обработки отмечена инверсия биологи-ем ческой активности в бывшем пахотном
М горизонте: в слое 10.20 см активность
дегидрогеназ на 14,8 % выше, чем в поверхностном слое 0.10 см.
В полевом опыте ФРАНЦ в первый год перехода с традиционной на нулевую обработку почвы наблюдали досто-
верный рост урожайности, в сравнении с контролем (табл. 3): подсолнечника - на 0,64 т/га (или 48 %) и гороха -на 0,45 т/га (или 19 %). При длительном применении технологии прямого посева повышение урожайности подсолнечника может составить 127.192 % относительно традиционной технологии [9, 23]. Сбор зерна озимой пшеницы, наоборот, снизился на 0,43 т/га (или 9 %), что связано, вероятно, с уплотнением почвы, на которое отрицательно реагирует озимая пшеница. Урожайность льна не зависела от применяемой технологии обработки почвы.
Засушливые условия в летнее время на полях с длительным применением прямого посева (долгосрочные изменения свойства почвы)способствовали повышению влажности (на 42.59 %) и снижению температуры (на 3.8 %) благодаря растительным остаткам на её поверхности. Интенсивность дыхания почв на мониторинговых площадках прямого посева отмечена меньше на 44.50 %, чем на вспаханных полях.
Содержание гумуса в почвах с длительной нулевой обработкой на полях ИП Мокриков В. И. было различным и зависело от обработки, глубины взятия образца и генезиса почвы. Участок с полями N12 и ST2 в слое 0.30 см обладал типичным для большинства обрабатываемых черноземов обыкновенных региона содержанием гумуса -4,1.4,3 % при мощности гумусового слоя А+АВ 90 см (табл. 4). Здесь содержание гумуса практически не зависело от способа обработки почв. На пахотном поле ST1 (расположен в нижней части пологого склона перед поймой реки) в результате эрозии зафиксировано минимальное в исследовании содержание гумуса - 1,5 % в 0.30 см (мощность гумусового слоя А+АВ около 60 см). В почве поля с применением прямого посева NT1, расположенного рядом, гумуса практически в два раза больше - 2,8 %. Количество гумуса в почвах, длительное время обрабатываемых по технологии прямого посева, приблизилось к его величине в целинной почве ООПТ «Персиановская степь». Эталонный чернозем ООПТ «Персиановская степь» содержит в два раза больше гумуса в дерновом горизонте (0.10 см), чем в поверхностном слое исследуемых агрогенных почв. Процесс дегумификации типичен для всех пахотных черноземов Юга России [1, 2].
Содержание активного углерода, которое отражает доступное для микроорганизмов лабильное органическое вещество, в почвах полей прямого посева ИП Мокриков значительно выше по слоям (на 30.75 %), чем в пахотных почвах соседних хозяйств.
4. Содержание гумуса и активного углерода в почвах мониторинговых участков, целины Персиановской степи (2021 г.)
Площадка Слой почвы, см Гумус, % Активный углерод, мг/кг
M m M m
No-till (NT1) 0.10 3,45 0,17 490,4 24,5
10.20 2,67 0,11 342,1 22,1
20.30 2,32 0,03 291,8 4,8
Традиционная(ST1) 0.10 1,52 0,07 342,2 11,9
(контроль) 10.20 1,52 0,08 290,3 17,4
20.30 1,41 0,05 265,4 34,3
No-till (NT2) 0.10 4,51 0,07 523,3 48,7
10.20 3,79 0,19 132,6 0,0
20.30 4,02 0,02 134,7 9,1
Традиционная(ST2) 0.10 4,16 0,12 130,1 1,0
(контроль) 10.20 4,52 0,05 123,1 1,3
20.30 4,08 0,03 137,8 1,3
Целина 0.10 8,96 0,32 228,5 35,3
«Персиановская 10.20 5,65 0,14 136,9 13,0
степь» 20.30 5,64 0,14 135,3 1,3
*М - среднее, т - ошибка среднего. Жирным шрифтом выделены достоверные отличия относительно контроля.
No-till фиксировали по содержанию активного углерода - на 30.75 % и активности гидролитических ферментов - на 20.50 %, в сравнении с традиционной.
Финансирование работы
Исследование выполнено при поддержке Программы стратегического академического лидерства Южного федерального университета («Приоритет 2030», СП-12-22-9).
Конфликт интересов
Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
В качестве характерной особенности почв полей NT1 и NT2, длительно обрабатываемых по технологии прямого посева, следует отметить дифференциацию бывшего пахотного горизонта по содержанию гумуса. Если пахотные участки характеризовались практически равномерным его распределением в слое 0.30 см, то почвы с технологией No-till обладали наибольшими величинами - в поверхностном слое, а далее вниз по профилю содержание существенно уменьшалось, особенно в варианте NT1 - с 3,45 % в слое 0.10 см до 2,32 % - в слое 20.30 см.
Для активного углерода отмечено еще более выраженное убывание по глубине в почвах прямого посева, по сравнению с пахотными, и даже относительно эталонного участка. Уменьшение содержания в слое 20.30 см, по сравнению со слоем 0.10 см, составляло при прямом посеве 40.74 %, в то время как на целине 41 %, а на пашне - 0.22 %.
На целинном участке «Персианов-ская степь» профильное распределение гумуса и углерода типично для степных почв. Однако выявлены некоторые различия в степени дифференциации: наибольшее уменьшение от поверхности до глубины 20.30 см отмечено для гумуса и активного углерода (на 37.41 %), активности инвертазы и уреазы (на 40.45 %); в меньшей степени - для активности фосфатазы и дегидрогеназ (на 4.7 %). Для каталазы не выявлено уменьшения активности фермента по глубине слоя почвы.
Длительное применение нулевой обработки по-разному изменяло ферментативную активность в черноземе относительно контрольных пахотных полей, особенно на участке со смытыми почвами. Значительное увеличение активности инвертазы (на 37.47 % выше, чем при вспашке) подтвердило результаты прежних исследований [23, 29], Среди ферментов для разных участков выявлены отличия их активности по глубине пахотного горизонта (0.30 см). В смытой почве участка NT1 при длительном использовании прямого посева происходила дифференциация активности инвер-тазы с максимумом в поверхностном слое и минимумом (на 49 % меньше) в слое 20.30 см. При этом в пахотном аналоге ST1 снижение по глубине активности составило не более 21 %. Активность фосфатазы и дегидро-геназ дифференцирована по слоям почвы независимо от способа применяемой обработки почв: уменьшение относительно поверхностного слоя на 22.27 % и 21.25 % соответственно ферментам. В мощном черноземе плакорного участка NT2 с нулевой технологией изменения по слоям почвы отмечены только для каталазы и инвертазы - активность меньше на 33
и 27 % относительно поверхности, и в меньшей степени для уреазы -на 20 %. Для фосфатазы расслоения большего, чем в варианте с пахотной обработкой, не выявлено. Это связано с отсутствием механического перемешивания почвы. Большое влияние оказывает локализация значительного количества органических остатков в виде мульчирующего слоя [22, 30]. Различия в свойствах между разными слоями чернозема отмечены ранее в засушливой зоне Ставропольского края [15]. Убывающая с глубиной ферментативная активность бывшего пахотного слоя может служить индикатором - отличительной особенностью почв, где применяют прямой посев. В результате соотношение величины биологических показателей между поверхностным (0.10 см) и более глубоким слоем (20.30 см), наблюдаемое при технологии No-till, приближается к естественным почвам. Ряд авторов отмечают тенденцию изменений даже устойчивых морфометрических параметров типичных черноземов при восьмилетнем применении прямого посева [31].
В 2016-2023 гг. урожайность подсолнечника и озимой пшеницы на двух исследуемых полях прямого посева ИП Мокриков В. И. на 27.28 % выше, чем в среднем по Октябрьскому району на пашне. Подобные результаты были достигнуты и в целом для всего хозяйства [9].
Таким образом, в первые два года после перехода на нулевую технологию обработки почвы изменения биологической активности чернозема обыкновенного в большей степени определялись пространственным варьированием и выращиваемыми культурами, чем способом обработки. В первый год прямого посева отмечено снижение содержания общего и активного углерода на 7.13 % относительно пашни. В следующий год варьирование этих показателей и активности ферментов во всех вариантах опыта было недостоверным. В посевах озимой пшеницы и гороха ярового наблюдали рост интенсивности эмиссии углекислого газа на 8.37 %, по сравнению с традиционной технологией обработки почвы.
При длительном использовании технологии No-till (в течение 13 лет с аналогичными культурами севооборота) выявлено повышенное содержание гумуса и ферментативная активность (до 1,5 и более раз на эрозионно-опасном склоне), по сравнению с пахотной обработкой. При этом отмечали снижение величины биологических параметров на 30.50 % на глубине 20.30 см относительно поверхностного слоя 0.10 см, что приближало характер профильного распределения биологической активности к целинным почвам.
Наибольшее увеличение при многолетнем использовании технологии
Литература
1. Новиков А. А. Экологическое состояние гумуса и азота в черноземах Северного Кавказа. Новочеркасск: издательство НГМА, 2001. 180 с.
2. Безуглова О. С. Гумусное состояние почв юга России. Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2001. 224 с.
3. Безуглова О.С., Назаренко О. Г., Ильинская И. Н. Динамика деградации земель в Ростовской области // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 2(83). С. 10-15.
4. Современное состояние гумусиро-ванности пахотных черноземов настоящих степей (на примере Ростовской области) / О. В. Чернова, И. О. Алябина, О. С. Безуглова и др. // Юг России: экология, развитие. 2020. Т. 15. № 4(57). С. 99-113.
5. Динамика деградации земель в Ростовской области / О. С. Безуглова, И. Н. Ильинская, В. Е. Закруткин и др. // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2022. Т. 86. № 1. С. 41-54. doi: 10.31857/S2587556622010034.
6. No-till in northern, western and southwestern Europe: A review of problems and opportunities for crop production and the environment / B. D. Soane,
B. C. Ball, J. Arvidsson, et al. // Soil and Tillage Research. 2012. Vol. 118. P. 66-87. doi: 10.1016/j.still.2011.10.015.
7. Технологические особенности почвозащитного ресурсосберегающего земледелия (в развитие концепции ФАО) / М. С. Соколов, А. П. Глинушкин, Ю. Я. Спиридонов и др. // Агрохимия. 2019. № 5.
C. 3-22. doi: 10.1134/S000218811905003X.
8. К вопросу о диагностике и защите почв от дефляции в Ставропольском крае / В. П. Белобров, В. К. Дридигер, С. А. Юдин и др. // Аграрный вестник Урала. 2021. № 2 (205). С. 12-25.
9. Особенности применения технологии прямого посева в агроценозах Ростовской области / Г. В. Мокриков, 3 К. Ш. Казеев, Т. В. Минникова и др. // 2 АгроЭкоИнфо. 2020. № 3(41). С. 22. е URL: http://agroecoinfo.narod.ru/journal/ д STATYI/2020/3/st_321.pdf. (дата обраще- л ния 30.09.2024 г.).
(D
10. Пыхтин И. Г. Обработка почвы: дей- z ствительность и мифы // Земледелие. ю 2017. № 1. С. 33-36. 2
11. Загорулько А.В., Амини Х., Оси- О пов А. В. Агрофизические свойства черно- 4
зема выщелоченного в зависимости от интенсификации агротехнических приемов в технологии No-tillage и их влияние на урожайность озимой пшеницы // Труды Кубанского ГАУ. 2022. № 102. С. 127-138. doi: 10.21515/1999-1703-102-127-138.
12. Способы основной обработки почвы под пшеницу озимую после непаровых предшественников / В. М. Гармашов, И. М. Корнилов, Н. А. Нужная и др. // Аграрная наука. 2017. № 11-12. С. 8-9.
13. Эффективность применения технологии No-till на чернозёмах обыкновенных Ставропольского края / В. С. Цховре-бов, А. Б. Тетенищев, В. И. Фаизова и др. // Земледелие. 2021. № 3. С. 15-18. doi: 10.24411/0044-3913-2021-10303.
14. Оценка влияния покровных культур на биологическую активность черноземов при использовании технологии прямого посева / А. Н. Федоренко, Г. В. Мокриков, К. Ш. Казеев и др. // Земледелие. 2023. № 1. С. 24-27. doi: 10.24412/0044-39132023-1-23-27.
15. Динамика показателей почвенного плодородия при возделывании сельскохозяйственных культур по технологии No-till в условиях Ставропольского края / А. Н. Есаулко, С. А. Коростылев, М. С. Си-гида и др. //. Агрохимический вестник. 2018. № 4. С. 58-61. doi: 10.24411/02352516-2018-10030.
16. Дридигер В.К., Гаджиумаров Р. Г. Возделывание сельскохозяйственных культур по технологии прямого посева в крайне засушливой зоне Ставропольского края // Аграрный вестник Урала. 2020. № 9 (200). С. 9-16.
17. Why do we need to standardize no-tillage research? / R. Derpcsh, A. J. Fran-zluebbers, S. W. Duiker, et al. // Soil and Tillage Research. 2014. Vol. 137. P. 16-22. doi: 10.1016/j.still.2013.10.002.
18. Нулевая обработка почвы и ее роль в накоплении гумуса в типичных черноземах / С. А. Юдин, Н. Р. Ермолаев, В. П. Белобров и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2022. № 4. С. 39-42.
19. Влияние гуминовых препаратов на содержание подвижного фосфора и активность фосфатазы в черноземе обыкновенном под посевами озимой пшеницы / О. И. Наими, М. Н. Дубинина, В. А. Матюгин и др. // Земледелие. 2023. № 5. С. 32-36. doi: 10.24412/0044-3913-2023-5-32-36.
20. Методы биодиагностики наземных экосистем / К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, Ю. В. Акименко и др. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ. 2016. 356 с.
21. Мониторинг метеоданных ФГБНУ ФРАНЦ / А. И. Клименко, А. В. Парамонов, А. В. Гринько и др. Рассвет:
«¡Г ООО «АзовПринт», 2022. 44с. doi: 10.34924/ g FRARC.2022.75.76.001.
22. Поляков Д. Г., Бакиров Ф. Г. Орга-^ ническая мульча и No-till в земледелии: Z обзор зарубежного опыта // Земледелие. | 2020. № 1. С. 3-7. doi: 10.24411/0044-3913 § -2020-10101.
23. Влияние технологии No-till на экое
q логическое состояние черноземов юж-2 ных Ростовской области / К. Ш. Казеев, е
СО Г. В. Мокриков, Ю. В. Акименко и др. //
Достижения науки и техники АПК. 2020. № 1. Т. 34. С. 7-11. doi: 10.24411/0235-24512020-10101.
24. Орлов Д.С., Бирюкова О. Н., Розанова М. С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8. С. 918-926.
25. Власенко А.Н., Кудашкин П. И., Вла-сенко Н. Г. Влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири // Земледелие. 2020. № 5. С. 3-6.
26. Влияние ресурсосберегающей технологии No-till на агрофизические и биологические свойства чернозема обыкновенного Башкирского Зауралья / Г. Р. Ильбулова, Я. Т. Суюндуков, И. Н. Семенова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36. № 4. С. 66-71. doi: 10.53859/02352451_2022_36_4_66.
27. Soil Organic Carbon Dynamics in Response to Tillage Practices in the Steppe Zone of Southern Russia / T. Minnikova,
G. Mokrikov, K. Kazeev, et al. // Processes. 2022. Vol. 10. P. 244. doi: 10.3390/pr10020244.
28. Изменение содержания и состава органического вещества черноземов Приазовья при использовании технологии прямого посева / Г. В. Мокриков, Т. В. Мин-никова, М. А. Мясникова и др. // Агрохимия. 2020. № 1. С. 18-24. doi: 10.31857/ S0002188120010093.
29. Влияние сельскохозяйственных культур на ферментативную активность черноземов Ростовской области при использовании различных агротехнологий / Т В. Минникова, Г. В. Мокриков, К. Ш. Казеев и др. // Агрохимия. 2020. № 10. С. 20-27. doi: 10.31857/ S0002188120100051.
30. Азот в черноземах при традиционной технологии обработки и прямом посеве (обзор) / А. А. Завалин, В. К. Дридигер, В. П. Белобров и др. // Почвоведение. 2018. № 12. С. 1506-1516. doi: 10.1134/ S0032180X18120146.
31. Структура почвенного покрова и трансформация морфометрических параметров типичных черноземов в технологии прямого посева / В. П. Белобров, С. А. Юдин,
H. Р. Ермолаев и др. // Бюллетень Почвенного института имени В. В. Докучаева. 2023. Вып. 115. С. 5-31. doi: 10.19047/0136-1694 -2023-115-5-31.
Changes in biological properties of ordinary chernozem with different durations of application of zero technology in the conditions of the Rostov region
G. V. Mokrikov1, A. N. Fedorenko1, A. S. Sobina1, K. Sh. Kazeev1, O. L. Kibaljuk2, A. V. Grin'ko2, R. F. Bajbekov3
1Southern Federal University, ul. Bol'shaja Sadovaja, 105/42,
Rostov-na-Donu, Russian Federation 2Federal Rostov Agrarian Scientific Center, ul. Institutskaya, 1, pos. Rassvet, Aksaiskii r-n, Rostovskaya obl., 346735, Russian Federation 3Russian State Agrarian University -Moscow Timiryazev Agricultural Academy, ul. Timiryazevskaya, 49, Moskva, 127550, Russian Federation
Abstract. The studies were conducted to assess changes in the biological activity of ordinary chernozem in the first two years after switching to no-till technology (direct seeding) and after 13 years of its use. The work was carried out in the Rostov region. The changes that occurred over the first 2 years were analysed in 2023-2024 in a six-field crop rotation with direct seeding and mould-board ploughing; the impact of long-term use of no-till was assessed in 2021 in production fields on farms with no-till technology and traditional ploughing. In the first two years after changing the tillage, minor changes in the biological activity of chernozem were revealed, which depended more on the type of crop grown than on the tillage method. In the first year of direct seeding, a decrease in the content of total and active carbon was observed (by 7-13 % relative to arable land). A year later, the variation in the values of these indicators and enzyme activity in all experimental variants was unreliable. In winter wheat and spring pea crops, an increase in the intensity of carbon dioxide emissions by 8-37 % was recorded, compared with traditional soil cultivation technology. When switching to no-till, a significant increase in yield relative to ploughing was observed in sunflower crops (by 48 %) and peas (by 19 %), while the grain harvest of winter wheat decreased by 9 %. The change in soil cultivation technology did not affect the yield of oil flax. Long-term use of direct seeding (13 years) contributed to an increase in the content of active carbon (by 30-75 %) and enzyme activity (by20-50 %). At the same time, stratification of the arable horizon with an increase in biological activity in the 0-10 cm layer by20-30 % or more relative to the 20-30 cm layer was revealed in the fields with no-till technology, while in the 0-30 cm layer with mouldboard ploughing no differences in the magnitude of soil bioactivity were observed.
Keywords: soil cultivation; direct seeding; no-till; biological activity; fertility; soil respiration, monitoring; bioindicators.
Author Details: G. V. Mokrikov, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow (e-mail: [email protected]); A. N. Fedorenko, junior research fellow; A. S. Sobina, junior research fellow; K. Sh. Kazeev, D. Sc. (Geogr.), director (e-mail: [email protected]); O. L. Kibaljuk, Cand. Sc. (Agr.), leading research fellow;A. V. Grin'ko, Cand. Sc. (Agr.), deputy director; R. F. Bajbekov, D. Sc. (Agr.), member of the RAS, prof.
For citation: Mokrikov GV, Fedorenko AN, Sobina AS, et al. [Changes in biological properties of ordinary chernozem with different durations of application of zero technology in the conditions of the Rostov region]. Zemledelie. 2024;(7):3-8. Russian. doi: 10. 24412/0044-3913-2024-7-3-8. ■
