CC BY
20
УДК 631.431; 631.452; 631.474
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ИЗУЧЕНИЮ МИНИМИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
М.М. ИЛЬЯСОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник
А.Х. ЯППАРОВ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Н.Ш. ХИСАМУТДИНОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
Н.Л. ШАРОНОВА, кандидат биологических наук, зав. отделом
Татарский НИИ агрохимии и почвоведения, Россия, Республика Татарстан, г. Казань, Оренбургский тракт, 20а
E-mail: niiaxp2@mail.ru
Резюме. Исследования проводили в 2011-2013 гг. с целью разработки приемов повышения урожайности и сохранения плодородия почв в условиях Республики Татарстан. Работа выполнена в Буинском районе на тяжелосуглинистом выщелоченном черноземе в звене севооборота: чистый пар - озимая пшеница - яровая пшеница - яровой ячмень. В опыте изучали четыре системы основной обработки почвы, которые предусматривали под первую культуру после пара отвальную вспашку; плоскорезное рыхление; ярусную вспашку; чизельное рыхление, в остальных полях зяблевая обработка почвы заключалась в мелком рыхлении. Пятая система, которая предусматривала ежегодную отвальную вспашку, была контрольной. Исследования проводили на фоне минеральной и органо-минеральной систем удобрений (МСУи ОМСУ). Лучшую обеспеченность продуктивной влагой в фазе кущения наблюдали при использовании систем с ярусной и чизельной обработок в варианте с ОМСУ - 188,8 и 185,4 мм соответственно. При ежегодной отвальной вспашке она была меньше на 20,4 и 17,0 мм. Объемная масса в слое 0...40 см на фоне ОМСУ в варианте с обычной вспашкой снижалась, по сравнению с МСУ, в среднем по опыту на 0,04 г/см3, с ярусной обработкой - на 0,03 г/см3. Микромицеты рода Trichoderma, обладающие высокой антагонистической активностью к фитопатогенным грибам, доминировали при использовании систем с плоскорезным рыхлением, ярусной и чизельной обработками. На фоне ОМСУ урожайность культур в среднем по опыту была выше, чем в случае применения МСУ, на 0,30.0,52 т/га зерн. ед. Наибольшая прибавка урожая, по сравнению с контролем, отмечена в вариантах с ярусной и чизельной обработками - 1,15 и 0,93 т/га зерн. ед. соответственно.
Ключевые слова: минимизация обработки почвы, основная обработка почвы, минеральная система удобрений (МСУ), органо-минеральная система удобрений (ОМСУ), продуктивная влага, объемная масса почвы, агрохимические и микробиологические свойства почвы, урожайность и рентабельность культур.
Плодородие представляет собой способность почвы создавать наиболее благоприятные агрохимические, физико-химические и биологические условия для роста и развития растений. Одно из основных средств управления этим свойством - механическая обработка почвы, которая с интенсификацией земледелия совершенствуется в направлении минимизации. Поэтому актуальной становится разработка наиболее экологичных почвозащитных энергосберегающих систем обработки почвы в севооборотах, способствующих расширенному воспроизводству ее плодородия и устойчивому росту урожайности сельскохозяйственных культур. Этого можно достичь с учетом конкретных почвенно-климатических условий, при правильном выборе почвообрабатывающих орудий, систем удобрения и др.
Анализ публикаций по определению эффективности минимизации обработки почвы показывает ее перспективность. Зарубежный и отечественный опыт позволяют сравнительно четко сформулировать основные требования к почвам, на которых реализация этого направления возможна и целесообразна с учетом их механического состава, устойчивости к уплотнению, мощности корнеобитаемого слоя, обеспеченности питательными веществами по профилю, а также биологических требований различных сельскохозяйственных культур к условиям развития [1...6].
Цель наших исследований - изучение эффективности минимизации основной обработки почвы и применения систем удобрений в адаптивно-ландшафтном земледелии для разработки приемов повышения урожайности и сохранения плодородия почв при возделывании сельскохозяйственных культур.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2011-2013 гг. в Буинском районе Республики Татарстан. Почва - тяжелосуглинистый выщелоченный чернозем, который перед закладкой опытов характеризовался следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса (по Тюрину в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-98) - 5,7%, подвижного фосфора и обменного калия (по Чири-кову в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26204-91) - 114 и 130 мг/кг почвы соответственно, гидролитическая - кислотность (по Каппену, в модификации ЦИНАО, ГОСТ
Таблица 1. Влияние систем основной обработки почвы и удобрений на запасы продуктивной влаги в фазу кущения (среднее за 2011-2013 гг.), мм
Вариант Глубина, см
0...30 0.50 I 0.100
Минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 44,9 75,0 164,8
Вспашка + мелкая обработка 43,5 77,9 166,0
Плоскорез + мелкая обработка 42,0 76,9 167,9
Ярусная + мелкая обработка 44,9 78,4 181,5
Чизельная + мелкая обработка 44,5 77,1 178,7
Органо-минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 45,4 76,5 168,4
Вспашка + мелкая обработка 46,0 76,8 169,1
Плоскорез + мелкая обработка 45,3 78,2 172,7
Ярусная + мелкая обработка 46,2 82,1 188,8
Чизельная + мелкая обработка 45,6 80,6 185,4
Таблица 2. Влияние различных систем основной обработки и удобрений на объемную массу почвы перед уборкой культур (среднее за 2011-2013 гг.), г/см3
Вариант Глубина, см
0...10 I 10...20 1 20.30 I 30.40 I 0.40
Минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 1,10 1,22 1,28 1,38 1,25
Вспашка + мелкая обработка 1,12 1,24 1,32 1,39 1,27
Плоскорез + мелкая обработка 1,15 1,23 1,35 1,41 1,29
Ярусная + мелкая обработка 1,11 1,19 1,25 1,30 1,21
Чизельная + мелкая обработка 1,13 1,20 1,30 1,29 1,23
Органо-минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 1,05 1,20 1,26 1,35 1,21
Вспашка + мелкая обработка 1,14 1,17 1,29 1,37 1,24
Плоскорез + мелкая обработка 1,09 1,19 1,26 1,37 1,23
Ярусная + мелкая обработка 1,02 1,19 1,25 1,28 1,18
Чизельная + мелкая обработка 1,12 1,20 1,22 1,25 1,19
26212-91) - 3,4 мг-экв/100 г почвы, рНсол - 5,4, сумма поглощенных оснований (по Каппену ГОСТ 27821-88) -42,4 мг-экв/100 г почвы.
Влажность почвы в метровом слое определяли термостатно-весовым методом; объемную массу - по методике Н.И. Савинова (Балахчев, Фаткуллин, 1982). Численность аммонифицирующих бактерий учитывали на мясо-пептонном агаре, азотфиксаторов - на среде Эшби, фосфатрастворяющих микроорганизмов - на среде Муромцева, актиномицетов и бактерий, использующих минеральные формы азота, - на крахмало-аммиачном агаре, денитрификаторов - на среде Гильтая, целлюлозоразрушающих - на среде Гетчинсона, микромицетов - на среде Чапека. В качестве микробиологического контроля использовали почву без растений.
Исследования проводили в звене севооборота со следующим чередованием культур: чистый пар - озимая пшеница - яровая пшеница - яровой ячмень.
В опыте изучали четыре системы основной обработки почвы (фактор А), которые предусматривали под первую культуру после пара отвальную вспашку (ПЛН-4-35, на глубину 25 см); плоскорезное рыхление (КПГ-2-150, на 32 см); ярусную вспашку (ПЯС-1,4, мощность ярусов 0...13 и 13...25 см); чизельное рыхление (Алмаз, на 40 см), в остальных полях зяблевая обработка почвы заключалась в мелком рыхлении (БДТ-7, на 10.12 см). Пятая система, которая предусматривала ежегодную отвальную вспашку (ПЛН-4-35, на 25 см), была контрольной. Работа выполнена на двух фонах применения удобрений (фактор В) - минеральная система удобрений(МСУ)и органо-минеральная система удобрений (ОМСУ).
Дозы удобрений определяли расчетно-балансовым методом в норме, компенсирующей вынос питательных
элементов под запланированную урожайность сельскохозяйственных культур 4 т/га зерн. ед. Навоз вносили в дозе 60 т/га перед основной обработкой почвы в паровом поле в 2010 г.
Результаты и обсуждение. В вариантах с минеральной системой удобрений лучшую обеспеченность влагой в метровом слое почвы в фазе кущения наблюдали при использовании систем с ярусной и чизельной обработками - на 16,7 и 13,9 мм выше, чем в контроле (табл. 1).
Наибольшие запасы влаги в этот период отмечены в случае применения ОМСУ в сочетании с системами, предусматривающими ярусную и чизельную обработку почвы, - 188,8 и 185,4 мм. При традиционной ежегодной отвальной вспашке величина этого показателя была соответственно на 20,4 и 17 мм меньше.
Результаты определения объемной массы почвы перед уборкой сельскохозяйственных культур свидетельствуют, что внесение высоких доз навоза в начале исследований (ОМСУ), кроме улучшения структурного состояния почвы, заметно снизило плотность ее сложения, особенно в верхних (0.20 см) слоях (табл. 2). Так, объемная масса в слое 0.40 см в вариантах с обычной вспашкой и ярусной обработкой в среднем по опыту уменьшилась, по сравнению с минеральной системой, на 0,04 и 0,03 г/см3, с чизельной и плоскорезной обработкой - на 0,04 и 0,06 г/см3 соответственно.
Содержание гумуса в среднем за 3 года не различалось по вариантам опыта и находилось в пределах 5,7.5,9%, а кислотность варьировала от 5,4 до 5,5 (табл. 3).
Гидролитическая кислотность в пахотном слое почвы зависела от используемых систем удобрений:
Таблица 3. Влияние различных систем основной обработки и удобрений на агрохимические показатели почвы (среднее за 2011-2013 гг.'
Вариант Гу- мус,% Кислотность почвенной сре- (РНсол) Гидролитическая кислотность Сумма поглощенных оснований Подвижный фосфор Обменный калий
мг-экв/100 г почвы мг/кг почвы
Минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 5,7 5,4 3,5 41,7 116 130
Вспашка + мелкая обработка 5,7 5,5 3,5 41,9 117 132
Плоскорез + мелкая обработка 5,7 5,4 3,4 42,9 117 132
Ярусная + мелкая обработка 5,8 5,5 3,3 44,3 118 137
Чизельная + мелкая обработка 5,8 5,4 3,4 43,6 117 136
Органо-минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 5,7 5,5 3,3 42,8 115 143
Вспашка + мелкая обработка 5,9 5,4 3,4 42,2 118 150
Плоскорез + мелкая обработка 5,7 5,4 3,3 42,9 117 149
Ярусная + мелкая обработка 5,9 5,5 3,2 45,4 122 160
Чизельная + мелкая обработка 5,9 5,5 3,3 43,6 120 153
Таблица 4. Видовой состав микромицетов в зависимости от систем обработки почвы и удобрений
Видовой состав
Минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) Micellium sterillium, Cephalosporium spp., Aspergillus fumigatus Вспашка + мелкая обработка Sclerotimium spp., Fusarium spp. Aspergillus niger
Плоскорез + мелкая обработка Trichoderma spp., Stachybotrys atra, Penicillium rubrum, Penicillium
spp.
Ярусная + мелкая обработка Trichoderma spp., Stachybotrys atra, Penicillium rubrum, Penicillium
spp., Penicillium corymbiferum Чизельная + мелкая обработка Aspergillus niger, Penicillium spp.
Органо-минеральная система удобрений Ежегодная отвальная вспашка (контроль) Micellium sterillium, Cephalosporium spp., Fusarium spp., Aspergillus
fumigatus, Botritis spp.
Вспашка + мелкая обработка Trichoderma spp., Sclerotimium spp., Fusarium spp.
Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus Плоскорез + мелкая обработка Trichoderma spp., Stachybotrys atra, Penicillium rubrum, Penicillium
spp., Penicillium corymbiferum, Penicillium pallidum
Ярусная + мелкая обработка Trichoderma spp., Stachybotrys atra, Penicillium rubrum, Penicillium
spp., Penicillium pallidum
Чизельная + мелкая обработка_Trichoderma spp., Aspergillus niger, Penicillium spp._
Вариант
при МСУ величина этого показателя составляла 3,3. 3,5 мг-экв/100 г почвы, при ОМСУ - 3,2.3,4 мг-экв/100 г почвы.
Во всех вариантах опыта ОМСУ способствовала увеличению суммы поглощенных оснований, по сравнению с МСУ, а ее максимальные в эксперименте величины по обоим фонам удобрений отмечены при использовании ярусной обработки - 45,4 и 44,3 мг-экв/100 г почвы соответственно (в контроле - 42,8 и 41,7 мг-экв/100 г почвы).
Внесение один раз за ротацию севооборота (2010 г.) повышенной дозы навоза (60 т/га под чистый пар) улучшило обеспеченность почвы калием. Наибольшее содержание этого элемента выявлено при сочетании ярусной и мелких обработок - 160 мг/кг почвы, на фоне ежегодной вспашки оно составило 143 мг/кг почвы. Достаточно высокая величина этого показателя отмечена в случае чизельной обработки - 153 мг/кг почвы. Варианты с плоскорезным рыхлением и отвальной вспашкой с последующей мелкой обработкой практически не различались по содержанию обменного калия - 149 и 150 мг/кг почвы соответственно.
Обеспеченность подвижным фосфором при использовании МСУ варьировала от 116 до 118 мг/кг почвы. ОМСУ способствовала увеличению содержания этого элемента в почве до 122 мг/кг почвы (ярусная + мелкая обработка).
Микроорганизмы могут служить индикаторами, а оценка их активности - биомаркером антропогенного
влияния на почву. Мы установили стимулирующее воздействие на микробный ценоз систем с ярусной, чизельной и плоскорезной обработками.
Изучаемые в опыте факторы значительно изменяли численность основных групп микроорганизмов, участвующих в преобразовании азотосодержащих органических и минеральных соединений. В период уборки отмечена более активная жизнедеятельность ризосферной микрофлоры, по сравнению с первым сроком отбора почвенных проб (до посева культуры). Независимо от применяемой системы удобрений механическая обработка приводила к интенсификации биохимических процессов в корнеобитаемом слое, особенно в вариантах с рыхлением на 32 и 40 см.
Видовой состав микроскопических грибов в почве опытного участка был довольно разнообразен (табл. 4). Микромицеты рода Trichoderma доминировали только при комбинированных системах, предусматривающих использование плоскорезного рыхления, ярусной и чизельной обработки, что рассматривается как позитивный факт, так как представители этого рода обладают антагонистической активностью к фитопато-генным грибам.
Можно предположить, что высокий уровень урожайности определяет больший вынос питательных элементов с растениями, поэтому при обработке почвы наиболее активно развиваются микроорганизмы, мобилизующие связанные или малодоступные формы элементов минерального питания. При этом ярусная
Таблица 5. Влияние различных систем основной обработки почвы и удобрений на продуктивность
возделываемых культур (среднее за 2011-2013 гг.)
Вариант Урожайность, т/ га зерн. ед. Прибавка, т/га зерн. ед. Уровень рентабельности, %
Минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 2,53 - 16,6
Вспашка + мелкая обработка 2,67 + 0,14 30,4
Плоскорез + мелкая обработка 2,76 + 0,23 34,1
Ярусная + мелкая обработка 3,46 + 0,93 39,5
Чизельная + мелкая обработка 3,23 + 0,70 36,5
НСР« 0,16
Органо-минеральная система удобрений
Ежегодная отвальная вспашка (контроль) 2,83 - 20,4
Вспашка + мелкая обработка 3,21 + 0,38 36,3
Плоскорез + мелкая обработка 3,16 + 0,33 36,2
Ярусная + мелкая обработка 3,98 + 1,15 43,1
Чизельная + мелкая обработка 3,76 + 0,93 38,2
НСР05 0,18
вспашка и чизельная обработка в системе оказывают более щадящее воздействие как на почву, так и на ее микробиоту.
Наибольшая средняя урожайность сельскохозяйственных культур на фоне минеральной системы удобрений отмечена в вариантах с ярусной вспашкой и чизельной обработкой - 3,46 и 3,23 т/га зерн. ед., а прибавка, по сравнению с контролем, составила 0,93 и 0,70 т/га зерн. ед. соответственно (табл. 5).
Применение органо-минеральной системы удобрений повышало продуктивность культур, по сравнению с минеральной, в среднем по вариантам на 0,3. 0,52 т/га зерн. ед. Наибольшая прибавка к контролю при использовании ОМСУ отмечена в вариантах с ярусной и чизельной обработками - 1,15 и 0,93 т/га зерн. ед. соответственно.
Система, включающая ярусную обработку в сочетании с мелкой, по обоим фонам удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур в звене севооборота за 2011-2013 гг. обеспечила снижение себестоимости основной продукции, по сравнению с ежегодной вспашкой, до 12%, рост чистого дохода - до 15% и рентабельности - до 22%.
Выводы. Периодическое перемещение в нижние горизонты верхней части пахотного слоя тяжелосуглинистого выщелоченного чернозема и его глубокое рыхление в звене севооборота способствовало улучшению водно-физических свойств почвы: в среднем по опыту запас продуктивной влаги в метровом слое увеличился на 8,8.19%, а объемная масса почвы в слое 0.40 см снизилась на 0,06.0,08 г/см3.
Применение ОМСУ улучшало агрохимические показатели почвы, особенно в варианте с ярусной вспашкой.
В опыте установлено стимулирующее воздействие на микробный ценоз ярусной, чизельной и плоскорезной основных обработок под первую культуру после пара и мелкого рыхления под остальные культуры. При этом почвенные микроорганизмы могут служить индикаторами, а оценка их активности - биомаркером антропогенного влияния на почву.
Уменьшение интенсивности основной обработки почвы в севообороте обеспечило снижение себестоимости продукции, по сравнению с ежегодной вспашкой, до 12%, увеличение чистого дохода - до 15% и рентабельности - до 22%.
Литература.
1. Мирсаяпов Р.Р. Влияние различных способов основной обработки почвы на агрофизические показатели чернозема выщелоченного южной лесостепи Республики Башкортостан // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2013. № 4. С. 18-21.
2. Телегин В.А., Цымбаленко И.Н., Бастрычкина О.С. Ресурсосберегающие системы обработки почвы, их влияние на урожайность пшеницы в центральной лесостепной зоне Зауралья// Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2013. № 4. С. 24-29.
3. Ильясов М.М. Формирование урожая озимой пшеницы в зависимости от системы удобрений при минимизации обработки почвы //Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2014. №1 (31). С. 117-121.
4. Хусаинов Р.Р. Влияние приемов основной обработки почвы и фонов питания на водный и питательный режимы посевов озимой ржи //Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013. № 1(27). С. 135-138.
5. Ильясов М.М., Яппаров А.Х. Ресурсосберегающая основная обработка почвы на черноземах Республики Татарстан // Плодородие. 2010. №3(54). С. 22-24.
6. Миникаев Р.В., Хисамова Г.Ш., Сайфиева Г.С. Ресурсосберегающая технология возделывания ячменя на серых лесных почвах Республики Татарстан// Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2012. №2 (24). С. 102-106.
INTEGRATED APPROACH TO RESEARCH OF MINIMIZATION OF BLACK SOIL TREATMENT IN TATARSTAN REPUBLIC
M.M. Ilyasov, A.K. Yapparov, N.Sh. Khisamutdinov, N.L. Sharonova
Tatar Research Institute of Soil Science and Agricultural Chemistry, Russia, Tatarstan Republic, Kazan city, Orenburgsky tract, 20a Summary. This article presents the average data for the period of 2011-2013 on researches of minimizing basic soil treatment and using fertilizers to develop techniques for increasing crop yield and soil maintaining in the conditions of Tatarstan Republic. Researches were conducted in Buinsky district on leached black soil. Basic soil treatment systems - annual moldboard plowing (control); moldboard plowing; loosening; level plowing; chisel loosening with subsequent minor treatments are studied on two backgrounds - mineral fertilizing system (MFS) and organo-mineral fertilizing system (OMFS). Sequence of crops in the rotation: pure steam -winter wheat - spring wheat - spring barley. Higher level of availability of productive moisture in the phase bushing was observed while applying the deck and chisel treatments along with OMFS - 188, 8 and 185, 4 mm accordingly. While annual moldboard plowing those parameter was at 20,4...17, 0 mm accordingly. Volume weight of soil in layer of 0...40 cm in OMFS variant with annual moldboard plowing and level plowing reduced, in comparison with MFS, up at 0,04 and 0,03 g-cm3. Humus content was within the limits of - 5,9.5,7%, the acidity of the soil - 5,4.5,5. Micromycetes genus Trichoderma having highly antagonistic activity to phytopathogenic fungus dominated with loosening, deck and chisel treatments. The application of OMFS has increased crop yields in average in the experiment at 0,30.0,52 t-ha grain units, in comparison with MFS. The best yield was received in variant with deck and chisel treatments - 1,15 and 0,93 t-ha grain units, in comparison with control. The level plowing in combination with the subsequent small treatment improves water and physical, agrochemical and microbiological properties of the soil, steadily increases productivity and profitability of crops cultivation in comparison with traditional annual dump plowing.
Keywords: soil treatment minimization, basic tillage, mineral-fertilizing system (MFS), organo-mineral fertilizing system (OMFS), available moisture, soil bulk density, agrochemical and microbiological properties of soil, productivity and profitability of crops.
