CC BY
9
DOI 10.25930/2687-1254/011.5.14.2021 УДК 631.445.41(470.32)
ИЗМЕНЕНИЕ ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМА ПРИ МИНИМИЗАЦИИ ПОЧВООБРАБОТКИ В УСЛОВИЯХ ЮГО-ВОСТОКА ЦЧР
В.М. Гармашов, Н.А. Нужная, В.Н. Говоров, М.П. Крячкова
Исследованиями, проведенными в почвенно-климатических условиях юго-востока ЦЧР с целью выявления эффективности минимизации обработки почвы, установлено, что применение мелкой безотвальной, поверхностной и нулевой обработок существенно не изменяет водно-физические свойства черноземных почв по сравнению с классической обработкой - вспашкой на глубину 20-22 см. Такие обработки приводят лишь к тенденции роста плотности сложения почвы, существенно не уменьшая содержание доступной влаги в течение вегетационного периода. Плотность сложения чернозема обыкновенного находилась в диапазоне оптимальных значений для большинства выращиваемых культур (1,0-1,2 г/см3), при поверхностной и нулевой обработке почвы отмечалось снижение содержания доступной влаги в пахотном слое почвы (0-20 см). Максимальная средневегетационная общая численность и численность аммонифицирующих микроорганизмов была в обрабатываемой почве (вспашке на глубину 20-22 и 14-16 см), что обусловлено большим поступлением органического вещества растительных остатков в обрабатываемый слой. Применение приемов минимизации обработки почвы (безотвальной, поверхностной и нулевой) приводит к снижению микробиологической активности чернозема обыкновенного на 2,2-12,3%, соответственно, и группы минерализаторов гумуса до 5,8% в сравнении с традиционной обработкой (вспашкой на глубину 20-22 см) - прослеживается общий тренд снижения активности групп микроорганизмов, связанных с циклом азота, с нарастающим эффектом в течение лет использования минимизации обработки почвы. Наиболее значительная депрессия развития колоний азотобактера отмечается при крайнем варианте минимизации обработки почвы - прямом посеве.
Ключевые слова: минимализация обработки почвы, нулевая обработка, водно-физические свойства почвы, микроорганизмы, азотобактер.
CHANGES IN THE WATER-PHYSICAL AND MICROBIOLOGICAL PROPERTIES OF CHERNOZEM WITH TILLAGE MINIMIZATION IN THE CONDITIONS OF THE SOUTH-EAST OF THE CENTRAL BLACK EARTH REGION
V.M. Garmashov, N.A. Nuzhnaya, V.N. Govorov, M.P. Kryachkova
The studies, which were carried out in the soil and climatic conditions of the southeast of the Central Black Earth Region in order to identify the effectiveness of minimizing soil cultivation, established that the use of shallow nonmoldboard cultivation, surface and zero tillage did not significantly change the water-physical properties of chernozem soil in comparison with classic tillage - plowing to a depth of 20-22 cm. Such tillage leads only to a tendency to increase the density of the soil consistency without significant reduce of the content of available moisture during the growing season. The consistency of ordinary chernozem was
"3
in the optimal range for most of the crops 1.0-1.2 g/cm . There was a decrease in the available moisture content in the arable soil layer of 0-20 cm with surface and zero tillage. The maximum average vegetation total number and the number of ammonifying microorganisms were in the cultivated soil - plowing to a depth of 20-22 and 14-16 cm, which was due to the large intake of organic matter of plant residues into the cultivated layer. The use of methods of minimizing soil cultivation (nonmoldboard, surface and zero) led to a decrease in the microbiological activity of ordinary chernozem by 2.2-12.3%, respectively, and the group of humus mineralizers up to 5.8% in comparison with conventional tillage - plowing to a depth of 2022 cm. Also, with an increasing effect during the years of using the minimization of soil cultivation, a general trend of activity decrease in the groups of microorganisms associated with the nitrogen cycle was traced. The most significant development decline of azotobacter colonies was observed with the extreme option of soil cultivation minimizing - direct seeding.
Key words: minimization of tillage, zero tillage, water-physical properties of soil, microorganisms, azotobacter.
Введение. Проблемы ресурсо- и энергосбережения вызывают необходимость более широкого внедрения минимизации в обработке почвы [1-3]. Однако данные литературных источников и практический опыт свидетельствуют, что применение минимальных обработок в различных климатических условиях распространения черноземных почв и под культуры с различными биологическими особенностями часто приводит к противоречивым результатам как по отношению к урожайности, так и к показателям почвенного плодородия [4-7]. В связи с этим возникает необходимость расширения исследований в поиске наиболее оптимальных способов и систем обработки почвы в региональном земледелии.
Целью наших исследований являлось установить изменения агрофизических и микробиологических свойств чернозема обыкновенного при минимизации обработки почвы.
Материалы и методы исследований. Исследования проводились в почвенно-климатических условиях юго-восточной части Центрального Черноземья на полях стационарного опыта, заложенного в отделе адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский ФАНЦ им. В.В. Докучаева» с целью разработки наиболее рациональных приемов и систем обработки почвы в севообороте, обеспечивающих воспроизводство плодородия почвы и высокую продуктивность сельскохозяйственных растений.
Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднегумусный, средне-мощный, тяжелосуглинистый, с благоприятными физико-химическими и агрохимическими характеристиками слоя 0-30 см: гумус - 6,48%, общий азот - 0,36%, общий фосфор - 0,35%, общий калий - 1,85%, азот гидролизуемый - 61,2 мг/кг, сумма поглощенных оснований - 66,4 мг/кг, рН солевой вытяжки - 6,99, гидролитическая кислотность - 0,57 мг-экв./100 г.
Системы обработки почвы изучались в севообороте: горох - озимая пшеница (пожнивно посев горчицы) - кукуруза на зерно - ячмень - однолетние травы - озимая пшеница - подсолнечник - ячмень (таблица 1).
Все системы обработки изучались на естественном и удобренном фонах. Минеральные удобрения в дозе N60P60K60 вносили под основную обработку почвы под все культуры севооборота. Система нулевой обработки почвы предусматривала гербицид-ный контроль сорняков общеистребительным препаратом Торнадо-500, ВР в норме 2,5 л/га осенью в период массового отрастания сорняков и весной до всходов культур.
Для определения влияния систем обработки на плодородие чернозема обыкновенного в качестве природного эталона использовали многолетнюю залежь.
Все наблюдения и анализы проводили согласно общепринятым методикам, принятым в полевых опытах по общему земледелию и растениеводству, а также в практике лабораторных работ.
Таблица 1 - Схема опыта по разработке рациональных приемов
и систем обработки почвы в севообороте
Система обработки почвы в севообороте
Культура севооборота обычная отвальная отвальная глубокая отвальная мелкая безотвальная мелкая н т с о К х р е в о п яа в и ч у н
Горох вспашка на 20-22 см вспашка на 25-27 см вспашка на 14-16 см плоскорез на 14-16 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Пшеница озимая дискование на 6-8 см дискование на 6-8 см дискование на 6-8 см дискование на 6-8 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Кукуруза вспашка на 20-22 см вспашка на 25-27 см вспашка на 14-16 см плоскорез на 14-16 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Ячмень яровой вспашка на 20-22 см вспашка на 25-27 см вспашка на 14-16 см плоскорез на 14-16 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Однолетние травы вспашка на 20-22 см вспашка на 25-27 см вспашка на 14-16 см плоскорез на 14-16 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Озимая пшеница дискование на 6-8 см дискование на 6-8 см дискование на 6-8 см дискование на 6-8 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Подсолнечник вспашка на 20-22 см вспашка на 25-27 см вспашка на 14-16 см плоскорез на 14-16 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Ячмень яровой вспашка на 20-22 см вспашка на 25-27 см вспашка на 14-16 см плоскорез на 14-16 см обработка КПЭ-3,8 на 6-8 см без обработки
Погодные условия в годы проведения опытов характеризовались большим разнообразием и в целом охватывали весь спектр агрометеорологических условий, характерных для юго-востока ЦЧР.
Сельскохозяйственный
журнал №58(14), 2021
Результаты исследований и их обсуждение. Исследованиями установлено, что при всех системах основной обработки плотность сложения чернозема обыкновенного в течение вегетации всех культур севооборота находилась в пределах оптимального диапазона значений для произрастания полевых культур и составляла от 1,0 до 1,2 г/см3. В тоже время применение мелкой безотвальной, поверхностной и нулевой обработок приводило к тенденции повышения плотности сложения почвы, и наибольшее возрастание ее в слое 0-20 см наблюдалось при нулевой обработке. В целом, по слою 040 см различия между обработками были менее значимыми (рисунок 1).
1,1 1
0,9
о «
о с
Л
н о о к
ё 0,8
ч
с
1,05
1,04
1,05
1,06
1,07 1,07
,0
98 I I их
194 '
0,86
.1
2 3 4 5 6 0- 10 см 0-20 см 0-40 см
7
1
1
Рисунок 1. Плотность сложения чернозема обыкновенного при различных приемах и системах обработки почвы в севообороте (среднее за вегетацию 2014-2019 гг.):
1 - вспашка на 20-22 см, 2 - вспашка на 25-27 см, 3 - вспашка на 14-16 см, 4 - безотвальная на 14-16 см, 5 - поверхностная на 6-8 см,
6 - нулевая, 7 - залежь
Отвальные обработки за счет лучшего крошения и большего поступления растительных остатков в обрабатываемый слой способствовали уменьшению плотности сложения чернозема обыкновенного, особенно глубокая вспашка на 25-27 см. Однако достичь плотности сложения обрабатываемой почвы аналогичной залежи ни при каких приемах обработки не удается. Плотность сложения почвы на залежи была ниже агро-генной и с меньшим диапазоном изменений на протяжении вегетационного периода.
Запасы продуктивной влаги в черноземе обыкновенном существенно не изменялись в зависимости от изучаемых приемов почвообработки ни в течение вегетации, ни в различных слоях профиля чернозема, что обусловлено хорошими физическими свойствами черноземных почв (рисунок 2).
2
120 108,2 юо,1 1027 107,1
' 102'/ 96 8 96 5
: мим
40 17,3 15,8 15,3 I 14,8 I 14,1 I 16,6 20 8,1 7,3 6,7 7 6,6 8,4 0
1 2 3 4 5 6 ■ 0-10 см ■ 0-20 см ■ 0-100 см
Рисунок 2. Запасы доступной влаги при различных приемах и системах обработки почвы в севообороте (среднее за вегетационный период 2014-2019 гг.): 1 - вспашка на 20-22 см, 2 - вспашка на 14-16 см, 3 - безотвальная на 14-16 см, 4 - поверхностная на 6-8 см, 5 - нулевая, 6 - залежь НСР05: слой 0-10 см - 2,1 мм, 0-20 см - 4,0 мм, слой 0-100 см - 16,5 мм
При этом по поверхностной и нулевой обработке отмечалась тенденция к снижению влагообеспеченности пахотном слоя. На залежи запасы влаги в метровом слое были такие же, как и при поверхностной обработке, а в слоях пахотного горизонта -как при вспашке.
По мнению ряда авторов [7-10], наиболее объективной оценкой состояния плодородия почвы в сравнении с данными физико-химических показателей является интенсивность развития почвенной биоты. В наших исследованиях наибольшая общая численность микроорганизмов и численность аммонификаторов была в отвально обрабатываемой почве на глубину 20-22 и 14-16 см, что обусловлено большим поступлением органического вещества растительных остатков в пахотный слой.
Отказ от вспашки и применении приемов минимизации обработки (безотвальная, поверхностная, нулевая) приводит к снижению микробиологической активности в черноземе обыкновенном на 2,2-12,3%, минерализаторов гумуса - до 5,8%, в сравнении с традиционной обработкой на глубину 20-22 см. При этом активность микробного пула в почве залежи была минимальной с наиболее стабильным уровнем его развития по годам (рисунок 3).
Рисунок 3. Микробный ценоз в слое почвы 0-20 см при различных приемах основной обработки почвы в зернопропашном севообороте (среднее за 2014-2019 гг.)
Многолетнее изучение динамики развития групп микроорганизмов, связанных с циклом азота в черноземе обыкновенном, позволило установить, что в природных условиях региона применение мелких и поверхностной обработки почвы приводит депрессии микроорганизмов, и чем более продолжительно применяются эти обработки, тем сильнее наблюдается снижение численности микрофлоры. Наиболее значительная депрессия микробиологических процессов как по развитию нитрифицирующих бактерий, так и колоний азотобактера отмечается при крайнем варианте минимизации обработки почвы - прямом посеве (рисунок 4).
600
0
5ы
в
И
О
К
в
5оо
п
400
300
200
100
7х +22931
18х + 3
у = -37
257х +
75543
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
« "вспашка 20-22 см
■ поверхностная ^^ нулевая
Рисунок 4. Развитие колоний азотобактера в слое 0-20 см при различных приемах и системах обработки почвы в севообороте
Заключение. На юго-востоке ЦЧР использование мелкой безотвальной, поверхностной и нулевой обработок при обработке чернозема обыкновенного не приводит к существенному изменению его водно-физических свойств, по сравнению со вспашкой на глубину 20-22 см, но при этом наблюдается снижение микробиологической активности почвы и прослеживается общий тренд на снижение активности микроорганизмов, связанных с циклом азота, с нарастающим эффектом в течение времени использования минимизации почвообработки. Наиболее значительная депрессия развития колоний азотобактера отмечается при крайнем варианте минимизации обработки - отказе от ее проведения.
Литература
1. Черкасов Г.Н., Пыхтин И.Г., Гостев А.В. Возможность применения нулевых и поверхностных способов основной обработки почвы в различных регионах // Земледелие. 2014. № 5. С. 13-16.
2. Азарова М.Ю. Письменная Е.В., Стукало В.А. и др. Влияние предшественников озимой пшеницы, возделываемой по технологии No-Till, на динамику показателей почвенного плодородия и урожайность в условиях засушливой зоны Ставрополья // Земледелие. 2020. № 3. С. 33-36.
3. Есаулко А.Н. Оптимизация азотного питания озимой пшеницы, возделываемой по технологии No-Till на темно-каштановых почвах / А.Н. Есаулко, Д.А. Мельников, А.Ю. Ожередова, Е.В. Голосной // Земледелие. 2021. № 3. С. 19-22.
4. Каипов ЯЗ., Султангазин З.Р., Акчурин Р.Л. Продуктивность короткоротационных полевых севооборотов при переходе к технологиям прямого посева в степи восточных предгорий Южного Урала // Достижения науки и техники АПК. 2021. Т. 35. № 2. С. 4146.
5. Цховребов В.С. Эффективность применения технологии No-Till на черноземах обыкновенных Ставропольского края / В.С. Цховребов, А.Б. Тетенищев, В.И. Фаизова, В.Я. Лысенко, А.А. Новиков // Земледелие. 2021. № 3. С. 15-18.
6. Есаулко А.Н. Динамика показателей почвенного плодородия при возделывании сельскохозяйственных культур по технологии No-Till в условиях Ставропольского края / А.Н. Есаулко, Н.А. Коростылев, М.С. Сигида и др. // Агрохимический вестник. 2018. № 4. С. 58-62.
7. Королев В.А., Громовик А.И., Боронтов О.К. Изменение основных показателей плодородия чернозема выщелоченного при разных способах основной обработки // Почвоведение. 2016. Т. 49. № 1. С. 95-101.
8. Менькина Е.А. Влияние технологии No-Till на активность микроорганизмов, трансформирующих соединения азота, в черноземе обыкновенном Центрального Предкавказья // Известия Оренбургского ГАУ. 2019. № 3. (77). С. 24-27.
9. Свистова И.Д. и др. Влияние многолетнего внесения удобрений на почвенно-поглотительный комплекс и микробное сообщество выщелоченного чернозема // Агрохимия. 2004. № 6. С. 16-23.
10. Гармашов В.М., Гармашова Л.В. Биологическая активность чернозема обыкновенного при освоении технологии No-till // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. №12 (102) Ч. 1. С. 131-136.
References
11. 1. Cherkasov G.N., Pykhtin I.G., Gostev A.V. The possibility of using zero and surface methods of basic tillage in various regions // Zemledelie. 2014. No. 5. P. 13-16.
12. 2. Azarova M.Yu. Pismennaya E.V., Stukalo V.A. et al. Influence of forecrops of winter wheat cultivated under no-till technology on the dynamics of soil fertility indicators and yield under conditions of the dry zone of the Stavropol Territory // Zemledelie. 2020. No. 3. P. 3336.
13. 3. Yesaulko A.N. Optimization of nitrogen nutrition of winter wheat cultivated using no-till technology on dark chestnut soils / A.N. Yesaulko, D.A. Melnikov, A.Yu. Ozheredova, E.V. Golosnoy // Zemledelie. 2021. No. 3. P. 19-22.
14. 4. Kaipov Ya.Z., Sultangazin Z.R., Akchurin R.L. Productivity of short field crop rotations during the transition to direct sowing technologies in the steppes of the eastern foothills of the Southern Urals // Achievements of Science and Technology of AIC. 2021. Vol. 35. No. 2. P. 41-46.
15. 5. Tskhovrebov V.S. Efficiency of no-till technology in ordinary chernozems of the Stavropol Territory / V.S. Tskhovrebov, A.B. Tetenishchev, V.I. Faizova, V.Ya. Lysenko, A.A. Novikov // Zemledelie. 2021. No. 3. P.15-18.
16. 6. Esaulko A.N. Dynamics of agrochemical indicators of soil fertility at cultivation of agricultural crops for the no-till technology in conditions of the Stavropol Region / A.N. Esaulko, N.A. Korostylev, M.S. Sigida et al.// Agrochemical Herald. 2018. No. 4. P. 58-62.
17. 7. Korolev V.A.,Gromovik A.I., Borontov O.K. Changes in the main indicators of the leached chernozem fertility with different methods of basic tillage // Soil management. 2016. Vol. 49. No. 1. P. 95-101.
18. 8. Menkina E.A. Effect of no-till technology on the activity of microorganisms transforming nitrogen compounds in common chernozem soils of Central Fore-Caucasus // News of Orenburg GAU. 2019. № 3. (77). P. 24-27.
19. 9. Svistova I.D. et al. The effect of long-term fertilization on the soil-absorbing complex and microbial community of leached chernozem // Agro-chemistry. 2004. No. 6. P. 16-23.
20. 10. Garmashov V.M., Garmashova L.V. Biological activity of ordinary chernozem during the development of no-till technology // International Research Journal. 2020. No.12 (102) Part 1. P. 131-136.
Гармашов Владимир Михайлович, доктор сельскохозяйственных наук, заведующий отделом адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский федеральный аграрный центр им. В.В. Докучаева», 397463, Воронежская обл., Таловский р-н, п. 2 участка Института им. Докучаева, квартал 5, дом 81. Тел. 89518633597, garmash-ov.63@mail.ru
Нужная Наталия Александровна, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник отдела адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский федеральный аграрный центр им. В.В. Докучаева», 397463, Воронежская обл., Таловский р-н, п. 2 участка Института им. Докучаева, квартал 5, дом 81. Тел. 89081466893.
Говоров Виктор Николаевич, научный сотрудник отдела адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский федеральный аграрный центр им. В.В. Докучаева», 397463, Воронежская обл., Таловский р-н, п. 2 участка Института им. Докучаева, квартал 5, дом 81. Тел. 89515546976.
Крячкова Мария Петровна, научный сотрудник отдела адаптивно-ландшафтного земледелия ФГБНУ «Воронежский федеральный аграрный центр им. В.В. Докучаева», 397463, Воронежская обл., Таловский р-н, п. 2 участка Института им. Докучаева, квартал 5, дом 81. Тел. 9507638939.
Garmashov Vladimir Mikhailovich, Doctor of Agricultural Sciences, Head of the Department of Adaptive Landscape Agriculture - FSBSI "Voronezh Federal Agrarian Center named after V.V. Dokuchaev", 397463 Voronezh Region., Talovsky District, 2 area of the Institute named after Dokuchaev, block 5, building 81. Tel. 89518633597, garmash-ov.63@mail.ru.
Nuzhnaya Natalia Aleksandrovna, Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher of the Department of Adaptive Landscape Agriculture - FSBSI "Voronezh Federal Agrarian Center named after V.V. Dokuchaev", 397463 Voronezh Region., Talovsky District, 2 area of the Institute named after Dokuchaev, block 5, building 81. Tel. 89081466893.
Govorov Viktor Nikolaevich, Researcher, Department of Adaptive Landscape Agriculture- FSBSI "Voronezh Federal Agrarian Center named after V.V. Dokuchaev", 397463 Voronezh Region., Talovsky District, 2 area of the Institute named after Dokuchaev, block 5, building 81. Tel. 89515546976.
Kryachkova Maria Petrovna, Researcher, Department of Adaptive Landscape Agriculture - FSBSI "Voronezh Federal Agrarian Center named after V.V. Dokuchaev", 397463 Voronezh Region., Talovsky District, 2 area of the Institute named after Dokuchaev, block 5, building 81. Tel. 9507638939.
