CC BY
51
001: 10.24411/0044-3913-2018-10804 УДК 631.445.4:631.417.2
Изменение показателей состояния органического вещества и физических свойств чернозема южного при переходе от традиционной к нулевой обработке
Б. А. БОРИСОВ1, доктор биологических наук, декан (e-mail: [email protected]) Р. Ф. БАЙБЕКОВ2, доктор сельскохозяйственных наук, первый заместитель генерального директора Д. О. РОГОЖИН1, аспирант О. Е. ЕФИМОВ1,кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Фоссийский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, ул. Тимирязевская, 49, Москва, 127550, Российская Федерация 2Всероссийский научно-исследовательский институт химических средств защиты растений, ул. Угрешская, 31, Москва, 115088, Российская Федерация
Сравнивали изменения показателей почвенного плодородия в результате перехода от традиционной обработки почвы к технологии No-till. Для этого в Новоаннинском районе Волгоградской области разделили на две части поле с однородным почвенным покровом, представленным одной почвенной разностью (чернозем южный среднемощный среднесуглини-стый на лессовидном суглинке освоенный) и в течение 5 лет возделывали зерновые культуры при традиционной обработке почвы (с оборотом пласта) и при технологии No-till («нулевой обработке»). Отбор образцов осущестляли в пятикратной повторности с двух площадок размером 50x50 м. Содержание углерода гумуса определяли по методу Тюрина в модификации Симакова, состав гумуса - по методу Кононовой-Бельчиковой, содержание легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) - по методике отделения ЛОВ от минеральной части почвы и стабильных гумусовых веществ с помощью тяжелой СО жидкости плотностью 1,8 г/см3 (концен-О трированный раствор иодида натрия), а для более тонкого препаративного отде-0, ления проводили повторную флотацию в z тяжелой жидкости с плотностью 1,6 г/см3. s Степень гумификации ЛОВ определяли как g процентное отношение С в 0,1 н NaOH вы-Ч тяжке из ЛОВ к C ЛОВ. Для характеристики ^ физического состояния исследуемых почв 2 определяли плотность (в поле с ненару-$ шенным сложением) и плотность твердой
фазы (пикнометрическим методом), агре -гатный состав и содержание водопрочных агрегатов (по Н.И. Савинову), рассчитывали общую пористость и коэффициент структурности. При переходе к нулевой обработке наблюдали достоверное повышение содержания лабильного органического вещества на 0,17 % от массы почвы, а также тенденцию к увеличению содержания гумуса на 0,18 % и гуминовых кислот в его составе (на 0,22 % по углеро -ду). Отмечено некоторое снижение плотности (на 0,08 г/см3) и плотности твердой фазы почвы (на 0,09...0,11 г/см3), а также увеличение содержания агрономически ценных (на 9,3 %) и водопрочных (на 10,9 %) агрегатов.
Ключевые слова: чернозем южный, отвальная обработка почвы, нулевая обработка почвы, физические свойства почвы, органическое вещество, гумус.
Дляцитирования: Изменение показателей состояния органического вещества и физических свойств чернозема южного при переходе от традиционной к нулевой обработке/Б. А. Борисов, Р. Ф. Байбеков, Д. О. Рогожин и др.// Земледелие. 2018. № 8. С. 14-16. йО!: 10.24411/0044-39132018-10804.
В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства наблюдается отчетливая тенденция к минимизации обработки почвы [1]. Крайняя ее степень - прямой посев или технология «нулевой обработки» (ЫсИШ), которая состоит в том, что семена высевают в почву, необработанную после уборки предшествующей культуры [2]. В последние годы в России происходит ее активное распространение, поскольку это позволяет в значительной мере снизить затраты на проведение механической обработки почвы. Однако нужно учитывать, что использование такой технологии может вести к усилению развития сорной растительности и появлению дополнительных расходов на применение химических средств защиты растений. Известно, что при постоянном использовании отвальной обработки (с оборотом пласта) происходит активная минерализация органического вещества почвы, разрушается почвенная структура, почва сильно распыляется, стано-
вится менее устойчивой как к водной эрозии, так и к дефляции [3, 4, 5]. Кроме того, при преимущественном возделывании культур с невысоким количеством послеуборочных остатков и при недостаточном внесении органических удобрений (то есть при низком уровне поступления в почву свежего органического вещества), наступает состояние выпаханности [6]. Его характеризует ухудшение показателей плодородия почвы [7] (снижается содержание гумуса, разрушаются структурные агрегаты, из-за дефицита новообразованного гумуса не происходит полноценного возобновления структуры, в результате чего развивается переуплотнение и ухудшение водно-воздушных свойств). Это касается как высокоо-культуренных, так и неокультуренных почв, имеющих как высокое, так и низкое содержание гумуса. Выпахан-ность - начальная стадия деградации почвенного плодородия. В связи со значительным сокращением минерализации органических остатков в условиях использования технологии No-till [8], можно предположить снижение выпаханности почв. Преимущества нулевой обработки - энергоресурсосбережение, защита почвы от эрозии, дополнительное снегонакопление, сохранение влаги, снижение темпов минерализации органического вещества, сокращение потерь минерального азота, мульчирующий эффект, улучшение сложения почвы, перспективы экологизации. Недостатки - ухудшение фитосанитарной ситуации, необходимость применения гербицидов,усиление дефицита минерального азота, ограничения при повышенном увлажнении, со-лонцеватости и переуплотнении почв, дифференциация пахотного слоя, невозможность внесения органических удобрений и мелиорантов [2].
Изменения свойств почв, происходящие в результате освоения технологии нулевой обработки изучены недостаточно. При ее использовании изменяются условия поступления и трансформации органического вещества, а также физические свойства почв. Эта технология способствует как увеличению поступления органических остатков в почву, так и снижению минерализации органического вещества вследствие отсутствия механических обработок. Поэтому можно предположить, что при освоении прямого посева в первую очередь будет увеличиваться содержание легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ). Н. Ф. Ганжара и Б. А. Борисов [6, 9] относят к легко-разлагаемому органическому веществу группу лабильных соединений, включающую неразложившиеся
1. Содержание и состав гумуса в исследуемой почве при традиционной и нулевой обработке
Вариант Глубина, см Содержание гумуса C б общ С гк Сф фк С сфк фк
%
Традиционная обработка 0.10 10.20 5.21 5.22 3,03 3,01 1,22 1,25 0,58 0,60 2,1 2,1
No-till 0.10 5,39 3,13 1,44 0,62 2,3
10.20 5,20 3,02 1,26 0,61 2,1
НСР05 0,24 0,14 -
органические остатки растительного и животного происхождения, детрит, низко- и среднемолекулярные углеводы, аминокислоты, пептиды и другие неспецифические вещества, новообразованные гумусовые кислоты, гуминовые и фульвокислоты, непрочно связанные с минеральной частью почвы.
Цель исследований - изучение изменений некоторых агрономически значимых показателей состояния органического вещества, агрегатного состояния и физических свойств чернозема южного при переходе от традиционной технологии с оборотом пласта к технологии Ыс^Ш для сравнительной оценки влияния этих технологий на почвенное плодородие.
Объектом исследований был чернозем южный среднемощный среднесуглинистый на лессовидном суглинке освоенный Новоаннинского района Волгоградской области. Содержание гумуса в пахотном горизонте - 5,2...5,4 %, рН водной суспензии - 7,2, содержание подвижных форм фосфора и калия (по Чири-кову) - 96 мг/кг и 114 мг/кг соответственно. Разделив на две части поле с однородным почвенным покровом, представленным данной почвенной разностью, в хозяйстве в течение 5 лет осуществляли традиционную (с оборотом пласта) и нулевую обработку почвы при выращивании зерновых культур. Отбор образцов проводили в пятикратной повторности с двух площадок размером 50x50 м.
Лабораторные анализы выполняли по общепринятым методикам [10]: содержание углерода гумуса - по методу Тюрина в модификации Симакова, состав гумуса - по методу Кононовой-Бельчиковой, содержание легкоразлагаемого органического вещества (ЛОВ) - по методике отделения ЛОВ от минеральной части почвы и стабильных гумусовых ве -ществ с помощью тяжелой жидкости плотностью 1,8 г/см3(концентрированный раствор иодида натрия), а для более тонкого препаративного отделения проводили повторную флотацию в тяжелой жидкости с плотностью 1,6 г/см3 по Ганжаре и Борисову [6], Степень гумификации ЛОВ определяли как процентное отношение С в 0,1 н ЫаОН вытяжке из
ЛОВ к С ЛОВ. Для характеристики физического состояния исследуемых почв измеряли плотность (в поле с ненарушенным сложением) и плотность твердой фазы (пикнометриче-ским методом), рассчитывали общую пористость, определяли агрегатный состав и содержание водопрочных агрегатов (по Н. И. Савинову), рассчитывали коэффициент структурности.
No till основное количество послеуборочных остатков накапливается в верхнем слое, вследствие чего происходит постепенное его обогащение органическим веществом.
Результаты анализа показателей содержания, запасов и степени гумификации легкоразлагаемого органического вещества свидетельствуют, что при традиционной обработке почв в слое 0.. .10 см содержание ЛОВ было выше, чем в слое 10.20 см, на 0,3 %, при этом разница была недостоверной (табл. 2). Большее содержание ЛОВ в верхнем слое, по-видимому, связано с повышенным количеством корневых остатков в период отбора образцов. В почве участка, на котором в течение 5 лет использовали нулевую технологию, отмечено достоверное увеличение содержания ЛОВ в верх-
2. Содержание, запасы и степень гумификации легкоразлагаемого органического вещества в исследуемой почве при традиционной обработке и при использовании технологии Мо-Ш
Вариант Глубина Содержание ЛОВ, % Запасы ЛОВ, т/га Степень гумификации ЛОВ, %
Традиционная 0.10 0,28 6,9 7,6
обработка 10.20 0,25 7,6
No-till 0.10 0,45 9,1 8,5
10.20 0,27 7,4
НСР05 0,11 - -
При традиционной обработке с оборотом пласта существенных различий по содержанию гумуса в слоях 0.10 см и 10.20 см не отмечали, поскольку они представляют собой единый пахотный горизонт, который постоянно гомогенизируется в результате вспашки (табл. 1).
После 5 лет нулевой обработки содержание гумуса в слое 10.20 см осталось на том же уровне, как в пахотном слое при традиционной вспашке, а в слое 0.10 см наметилась тенденция к повышению его содержания, по сравнению с пахотным горизонтом при традиционной вспашке, на 0,18 %, хотя различия пока недостоверны. Также при использовании технологии No-till проявилась тенденция к повышению содержания гуминовых кислот (на 0,22 % по углероду) и к расширению соотношения углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот (Сгк к Сфк) в слое почвы 0.10 см, по сравнению с пахотным горизонтом, обрабатываемым с оборотом пласта, на 0,2. Отмеченные различия, по-видимому, связаны с тем, что при технологии
нем слое 0.10 см, по сравнению как со слоем 10.20 см (на 0,18 %), так и с пахотным горизонтом почвы, используемой по традиционной технологии (на 0,17 %).
В результате использования технологии нулевой обработки запасы ЛОВ в слое почвы 0.20 см возросли, по сравнению с отвальной вспашкой, на 2,2 т/га. Также проявилась тенденция к увеличению степени гумификации лОв при переходе оттрадиционной к нулевой обработке в слое 0.10 см -содержание гумусовых веществ в составе ЛОВ повысилось на 0,9 %.
При обеих исследованных технологиях чернозем южный характеризовался благоприятными для зерновых культур величинами плотности (табл. 3). В слоях 0.10 см и 10. 20 см при вспашке она была примерно одинаковой, а при нулевой обработке верхний слой 0.10 см отличался от слоя 10.20 см достоверно меньшей плотностью (на 0,18 г/см3). По-видимому, это связано с преимущественным накоплением в верхнем слое растительных остатков. Несмотря на отсутствие обработки в
3. Плотность, плотность твердой фазы и общая пористость в черноземе южном при традиционной и нулевой обработке (среднее из 5 повторностей)
Вариант Глубина Плотность, г/см3 Плотность твердой фазы, г/см3 Общая пористость, %
Традиционная 0.10 1,27 2,58 50,8
обработка 10.20 1,31 2,59 49,4
No-till 0.10 1,19 2,49 52,2
10.20 1,37 2,61 47,5
НСР05 0,09 0,12 -
СО (D 3 ь
(D
д
(D Ь 5
(D
00 О 00
4. Агрегатный состав исследуемых почв, % от массы сухой почвы
Вариант Содержание агрегатов размером, мм
сухое просеивание мок рое п росеивание
более 10 10.5 5.3 3.1 1,0. 0,25 менее 0,25 более 3 3.2 2.1 1. 0,5 0,5. 0,25 менее 0,25
Традици- 23,6 17,9 5,9 18,5 13,8 20,3 5,2 1,5 3,4 6,3 27,7 55,9 онная обработка
No-till 16,4 10,2 15,3 21,9 18,0 18,2 5,4 5,8 14,5 12,8 16,5 45,0
течение 5 лет плотность верхнего слоя почвы при нулевой обработке была ниже, чем при вспашке, на 0,08 г/см3, хотя различия оставались недостоверными.
Плотность твердой фазы почвы, обрабатываемой по традиционной технологии в слоях 0...10 и 10... 20 см, а также при нулевой обработке в слое 10.20 см была примерно одинаковой - 2,58.2,61 г/см3, а в слое 0.10 см при нулевой обработке была заметно ниже (на 0,09.0,11 г/см3), что также объясняется, по-видимому, высоким содержанием растительных остатков в этом слое.
Общая пористость в вариантах с различной обработкой и в разных слоях почвы характеризовалась близкими величинами. При нулевой обработке в слое 0.10 см она была несколько выше (на 1,4 %), а в слое 10.20 см несколько ниже (на 3,3 %), чем в пахотном горизонте при традиционной обработке. При этом следует отметить, что во всех исследованных почвах общая пористость находилась ниже оптимального интервала (55.65 %).
Агрегатное состояние чернозема южного в результате перехода к технологии No-till, по сравнению с традиционной обработкой, стало более благоприятным: содержание агрономически ценных агрегатов (0,25. 10 мм) увеличилось на 9,3 %.
Использование нулевой обработки в течение 5 лет способствовало некоторому увеличению количества водопрочных агрегатов. Содержание водопрочных агрегатов размером более 0,25 мм при технологии No-till увеличилось, по сравнению с традиционной технологией, на 10,9 %.
Проведенное сравнительное исследование показало, что через 5 лет после перехода оттрадиционной обработки с оборотом пласта к нулевой обработке чернозема южного достоверно возросло содержание $2 лабильного органического вещества, ° на 0,17 % от массы почвы, а также со отмечена тенденция к увеличению ^ содержания гумуса на 0,18 % и гуми-о новых кислот в его составе (на 0,22 % | по углероду). Кроме того, отмечено некоторое снижение плотности (на ® 0,08 г/см3) и плотности твердой фазы S (на 0,09.0,11 г/см3) почвы, при одно-$ временном увеличении содержания
агрономически ценных (на 9,3 %) и водопрочных (на 10,9 %) агрегатов.
Литература.
1. Шарков И. Н., Самохвалова Л. М., Мишина П. В. Изменение органического вещества чернозема выщелоченного при минимизации обработки в лесостепи Западной Сибири // Почвоведение. 2016. № 7. С. 892-899.
2. Кирюшин В. И. Минимизация обработки почвы:перспективы и противоречия // Земледелие. 2006. № 5. С. 12-14.
3. Деградация и охрана почв / под ред. Г. В. Добровольского. М.: Изд-во МГУ, 2002. 654 с.
4. Крупенников И. А. Типизация антропогенных процессов деградации черноземов // Почвоведение. 2005. № 12. С. 1509-1517.
5. Кирюшин В. И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирование агроландшафтов. М.: КолосС, 2011. 443 с.
6. Борисов Б. А., Ганжара Н. Ф. Органическое вещество почв (генетическая и агрономическая оценка). М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2015. 214 с.
7. Таразанова Т. В., Борисов Б. А. Степень выпаханности почв зонального ряда и их агрегатное состояние // Почвы - национальное достояние России: материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов РАН: в 2-х кн. Новосибирск: Наука-Центр, 2004. Кн. 2. С. 267.
8. Кирюшин В. И. Агрономическое почвоведение. М.: КолосС, 2010. 687 с.
9. Состояние органического вещества и соединений азота черноземов выщелоченных в зависимости от способов возделывания культур / Н. Ф. Ганжара, В. В. Верзилин, Р. Ф. Байбеков и др. // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2005. № 3. С. 1-13.
10. Практикум по почвоведению / под редакцией И. С. Кауричева. М.: Агропро-миздат, 1986. 336 с.
Changes in Indicators of Organic Matter State and Physical Properties of Southern Chernozem during the Transition from Traditional to Zero Treatment
B. A. Borisov1, R. F. Baibekov2, D. O. Rogozhin1, O. E. Efimov1
1Russian State Agrarian University -Moscow Timiryazev Agricultural Academy, ul. Timiryazevskaya, 49, Moskva, 127550, Russian Federation
2All-Russian Research Institute of Chemical Means of Plant Protection, ul. Ugreshskaya, 31, Moskva, 115088, Russian Federation
Abstract. The experiment was carried out in Novoanninsky district of Volgograd region. The aim of the research was a comparative assessment of changes in soil fertility as a result of the transition from traditional tillage to no-till technology. The field with a uniform soil cover, represented by one soil phase (southern chernozem, medium thick, medium loamy on loess-like loam, cultivated) was divided into two parts. Cereals were cultivated during 5 years according to the traditional technology (with soil overturning) and to no-till technology (zero treatment). Sampling was carried out in fivefold replication from two sites with a size of 50 x 50 m. Laboratory analyzes were performed according to generally accepted methods: humus carbon content was determined according to the Tyurin method modified by Simakov; humus composition -according to the Kononova-Belchikova method; easily decomposable organic matter (EOM) content - according to the EOM separation method from the mineral part of soil and stable humus substances using heavy liquid with a density of 1.8 g/cm3 (concentrated solution of sodium iodide); and for a thinner preparative separation repeated flotation was carried out in a heavy liquid with a density of 1.6 g/cm3. The degree of humification of EOM was also determined. To characterize the physical state of the studied soils, it was determined the density in a field with undisturbed composition and the density of the solid phase (by the pycnometric method), the total porosity was calculated, the aggregate composition and the content of water-stable aggregates were determined (according to Savinov method), the coefficient of structural properties was calculated. During the transition to zero treatment, a significant increase in the content of labile organic matter was observed by 0.17% from weight of the soil, as well as a tendency to an increase in the content of humus by 0.18% and humic acids in its composition (by 0.22% by carbon) was revealed. There was a slight decrease in the density (by 0.08 g/cm3) and density of the solid phase of the soil (by 0.09-0.11 g/cm3), as well as an increase in the content of the agronomically valuable (by 9.3%) and water-resistant (by 10.9%) aggregates.
Keywords: southern chernozem; mold-board soil tillage; zero tillage; physical properties of soil; organic matter; humus.
Author Details: B. A. Borisov, D. Sc. (Biol.), dean (e-mail: borisov@rgau-msha. ru); R. F. Baibekov, D. Sc. (Agr.), first deputy general director; D. O. Rogozhin, post graduate student; O. E. Efimov, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Borisov B. A., Baibekov R. F., Rogozhin D. O., Efimov O. E. Changes in Indicators of Organic Matter State and Physical Properties of Southern Chernozem during the Transition from Traditional to Zero Treatment. Zemledelije. 2018. No. 8. Pp. 14-16(in Russ.). DOI: 10.24411/00443913-2018-10804.
