CC BY
16
DOI 10.25930/2687-1254/004.5.14.2021 УДК 631.459.3
NO-TILL И ЗАЩИТА ПОЧВ ОТ ДЕФЛЯЦИИ
Т.В. Волошенкова, Р.Г. Гаджиумаров, Р.Ф. Епифанова, А.А. Калашникова, А.А. Оганджанян
Дефляция является одним из ведущих факторов потери плодородия почв и серьезной проблемой для юго-востока европейской территории России. Интенсивность разрушения почв ветром зависит от характера воздействия на почву при выращивании сельскохозяйственных культур. В зоне недостаточного увлажнения Центрального Предкавказья изучена противодефляционная устойчивость поверхности почвы на фоне различных агротехнологий - No-till и традиционной. Установлено, что содержание дефляционно-опасной фракции (частиц диаметром менее 1 мм) в верхнем (0-5 см) слое почвы в случае применения традиционной технологии в 1,10-1,72 раза выше, чем с использованием технологии No-till, обеспечившей более устойчивую и стабильную структуру, особенно в условиях малоснежной зимы и сильной засухи. При отказе от обработки почвы в технологии прямого посева дефлируемость (интенсивность разрушения почвы ветром) в большинстве случаев снижается в 1,21-5,88 раза. Потенциальные годовые потери почвы от выдувания с открытой поверхности чернозема обыкновенного для условий протекания пыльных бурь в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края по технологии No-till были меньше, чем по традиционной, и изменялись, соответственно, в диапазоне 0,29-16,27 т/га и 0,53-24,25 т/гав год. Технология прямого посева имеет дополнительное преимущество, так как формирует на поверхности экран из пожнивных остатков, повышающий противодефляционную устойчивость почвы. Поэтому в районах с высокими скоростями ветра в период пыльных бурь применение No-till в комплексе с лесными полосами позволит максимально защитить почву от выдувания.
Ключевые слова: дефляция, структура почвы, технология No-till, потенциальные потери почвы.
NO-TILL AND SOIL PROTECTION FROM WIND EROSION
T.V. Voloshenkova, R.G. Gadzhiumarov, R.F. Epifanova, A.A. Kalashnikova, A.A. Ogandzhanyan
Wind erosion is one of the leading factors of soil fertility loss and a serious problem for the south-east of the European territory of Russia. The intensity of soil destruction by wind depends on the nature of the impact on the soil when growing crops. In the zone of insufficient moisture in the Central Fore-Caucasus, the anti-wind erosion stability of the soil surface was studied with various agricultural technologies - No-till and traditional. It was found that the content of the erosion hazard fraction (particles with a diameter of less than 1 mm) in the topsoil (0-5 cm) layer if using traditional technology is 1.10-1.72 times higher than with the use of No-till technology, which provide a more stable structure, especially in conditions of dry winter and severe drought. In case of rejection of tillage in direct seeding technology, wind erosion (the intensity of soil destruction by wind) in most cases decreases
by 1.21-5.88 times. The potential annual soil loss because of removal by wind from the open surface of ordinary chernozem for the conditions of dust storms in the zone of unstable humidification of the Stavropol Territory using No-till technology were lower than the traditional one and varied, respectively, in the range of 0.29-16.27 t/ha and 0.53-24.25 t/ha- per year. The technology of direct seeding has an additional advantage, since it forms a cover of crop residues on the surface, which increases the anti-wind erosion stability of the soil. Therefore, the use of No-till in combination with forest strips will help to protect the soil from removal by wind in areas with high wind speed during dust storms as much as possible.
Keywords: wind erosion, soil structure, No-till technology, potential soil loss.
Введение. Дефляция является одним из основных деструктивных процессов, определяющих потери плодородия почв. В Ставропольском крае дефлировано 13,3% всей площади сельхозугодий, 10,3% площади пашни и 21,8% пастбищ [1]. Выдувание 1 мм почвы эквивалентно потере 12 т/га мелкозема. Восстановление утерянного плодородия 1 т чернозема обыкновенного обходится в 1097 руб. (в ценах 2016 г.) [2].
Резкое усиление ветра, приводящее к возникновению пыльных бурь, весьма характерно для Северного Кавказа. Ветры со скоростями 15 м/с и более на возвышенных территориях могут повторяться до 40-60 дней в году, а в районе Ставрополя - до 100 дней [3]. Такая напряженность ветрового режима обусловлена географическим положением региона на стыке циклонов и антициклонов, в которых воздушные массы движутся в противоположных направлениях [4]. Возникающие при этом большие барические градиенты вызывают сильные восточные ветры и увеличение скорости в 3-5 раз, приводящее к развитию дефляционных процессов [5].
Разрушительность пыльных бурь зависит от состояния поверхности почвы, определяющегося комплексом факторов, одним из которых является технология возделывания. В связи с этим цель исследований-изучение противодефляционных свойств почвы на фоне различных агротехнологий в зоне недостаточного увлажнения Центрального Предкавказья.
Материал и методы исследований. Изучение устойчивости поверхности почвы к разрушению ветром проводилось в 2019-2020 гг. на опытном поле ФГБНУ «СевероКавказский ФНАЦ» в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края в четырехпольных севооборотах (горох - озимая пшеница - подсолнечник - кукуруза) с возделыванием культур по двум технологиям: традиционной (с обработкой почвы, рекомендованной научными учреждениями) и технологией No-till (с прямым посевом сельскохозяйственных культур без обработки почвы). Почвенный покров - чернозем обыкновенный среднемощный слабогумусированный тяжелосуглинистый, содержание гумуса - 3,87%.
Изучение устойчивости поверхности почвы на фоне различных технологий проводилось в ранневесенний период (наиболее опасный в дефляционном отношении) и в период уборки зерновых культур. Структуру верхнего 0-5 см слоя почвы определяли методом фракционирования воздушно сухого образца по Н.И. Савинову [6], параметры дефляционной устойчивости - по методике ВНИАЛМИ [7, 8].
Результаты исследований и их обсуждение. Исследованиями установлено, что структура верхнего слоя почвы (0-5 см) изменяется под влиянием погодных факторов, вида технологического воздействия на почву, а также выращиваемой культуры. Индикатором устойчивости поверхности выступает количество почвенных частиц диаметром менее 1 мм.
Надо отметить, что зима 2018-2019 гг. выдалась достаточно стандартной, соответствующей среднемноголетним показателям, зима 2019-2020 гг., напротив, - очень малоснежной. К тому же ноябрь и декабрь отличались крайней засушливостью. В ноябре выпало всего 1,9 мм осадков (при среднемноголетней норме 45 мм), а в декабре -6,8 мм (при норме 36,2 мм). Среднемесячная температура за декабрь - февраль превышала норму на 2,3-3,6 0С. Практически весь зимний период почва не была защищена снежным покровом. Ее поверхность подвергалась многократному замораживанию -оттаиванию, увлажнению - высушиванию, что негативно отразилось на состоянии верхнего слоя почвы, привело к сильному распаду крупных агрегатов почвы на более мелкие, то есть к распылению.
В результате содержание дефляционно-опасной фракции (диаметром менее 1 мм) весной 2020 г. оказалось заметно выше, чем в предыдущем году (таблица 1).
Таблица 1 - Содержание фракции диаметром менее 1 мм (%) в слое почвы 0-5 см
2019 г. 2020 г.
Период отбора Культура No-till Тради-цион-ная К измен. No-till Тра-дици-онная К измен.
Горох 13,76 17,86 1,30 31,65 30,82 0,97
Весна Озимая пшеница Подсолнечник Кукуруза 25,70 15,63 24,23 41,48 26,91 21,04 1,61 1,72 0,87 40,62 24,83 25,77 44,83 27,22 29,58 1,10 1,10 1,15
Горох 26,87 38,74 1,44 30,21 38,84 1,29
Уборка озимых Озимая пшеница Подсолнечник Кукуруза 31,42 27,84 35,77 49,79 36,90 35,57 1,58 1,33 0,99 33,54 25,98 25,19 43,36 32,41 33,99 1,29 1,25 1,35
Различия по фактору «технология» существенны (Ркрит. =4,49, Fфакт. = 13,69 и более, Fфакт. ^крит.) Наибольшее распыление поверхности почвы наблюдалось на полях, занятых посевами озимой пшеницы. При этом распыление верхнего слоя почвы на фоне традиционной технологии и весной, и в период уборки зерновых культур в большинстве случаев было больше, чем на фоне технологии No-till: в 2019 г. - в 1,301,72, в 2020 г. - в 1,10-1,35 раза. Исключение составили только такие культуры, как кукуруза и горох (по кукурузе), где количество дефляционно-опасной фракции по обеим технологиям находилось приблизительно на одном уровне. То есть в целом технология No-till обеспечила более устойчивую и стабильную структуру.
Из-за большого распада почвенных агрегатов в зимний период 2020 г. содержание фракции диаметром более 10 мм весной оказалось существенно ниже, чем в 2019 г. При этом по технологии No-till ее было больше, чем по традиционной в 1,42-4,59 и 1,132,80 раза соответственно (таблица 2).
Таблица 2 - Содержание фракции диаметром более 10 мм (%) в слое почвы 0-5 см
2019 г. 2020 г.
Период отбора Культура No-till Тради-цион-ная К измен. No-till Тра-дици-онная К измен.
Горох 40,73 27,12 0,67 14,61 11,75 0,80
Весна Озимая пшеница 20,41 11,17 0,55 8,35 3,06 0,37
Подсолнечник 31,02 20,57 0,66 21,20 18,80 0,89
Кукуруза 20,86 29,18 1,40 18,76 12,28 0,65
Горох 20,00 4,76 0,24 12,29 8,03 0,65
Уборка озимых Озимая пшеница 23,16 5,39 0,23 14,45 5,16 0,36
Подсолнечник 25,60 7,12 0,28 16,84 9,34 0,55
Кукуруза 12,21 8,61 0,70 15,51 6,34 0,41
Различия существенны ^крит. =4,49, Fфакт. =6,55 и более, Fфакт. ^крит.)
В результате и коэффициент глыбистости и весной, и в период уборки зерновых на вариантах без обработки почвы был больше в 2019 г. в 1,33-6,64, а в 2020 г. - в 1,204,07 раза, хотя его максимальное значение не превышало соответственно 3,21 и 0,94.
В соответствии со сформировавшейся структурой рассчитанная дефлируемость открытой поверхности почвы составила в 2019 г. по технологии No-till 0,021-0,652, по традиционной - 0,039-1,449 т/гачас, в 2020 г. - 0,290-1,196 и 0,270-1,783 т/гачас соответственно и в большинстве случаев была существенно выше на фоне обработки почвы. Наибольшая интенсивность разрушения почвы ветром наблюдалась на посевах зерновых колосовых культур (таблица 3).
Таблица 3 - Дефлируемость поверхности почвы во время _пыльных бурь, т/га час_
Период отбора Культура 2019 г. 2020 г.
No-till Тради-цион-ная К измен. No-till Тра-дици-онная К измен.
Весна Горох Озимая пшеница Подсолнечник Кукуруза 0,021 0,156 0,037 0,145 0,055 0,502 0,094 0,039 2,59 3,22 2,53 0,27 0,547 1,196 0,290 0,396 0,496 1,783 0,270 0,412 0,91 1,49 0,93 1,04
Горох 0,237 1,013 4,27 0,852 1,027 1,21
Уборка Озимая
пшеница 0,247 1,449 5,88 0,689 1,444 2,10
озимых Подсолнечник 0,167 0,765 4,59 0,478 0,867 1,81
Кукуруза 0,652 0,625 0,96 0,409 1,033 2,53
Исходя из величины показателя дефлируемости, определились годовые потенциальные потери почвы от выдувания, изменяющиеся в достаточно широком диапазоне в зависимости от года, технологии возделывания, вида культуры.
При среднегодовой продолжительности пыльных бурь в районе Ставрополя 13,6 часа и максимальной скорости ветра 20-процентной обеспеченности в эти периоды 24,9 м/с потенциальные потери составили в 2019 г. 0,29-8,87 по No-till и 0,53-19,71 т/гагод - по традиционной технологии возделывания, в 2020г., соответственно, - 3,94-16,27 и 3,67-24,25 т/гагод (рисунок 1).
ч о и
•к
а
U
о
С
=
&
н о
н
25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
2019 г.
] No-till Традиц.
Период определения
ч о
U
•к «
U
н со
т о
&
н о
С
25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
2020 г.
1 ■
lwm-\ II 1J 1
и
о &
о L-
S3
м
о
т
а 35
ч
о
о Ч О
С
□ No-till
□ Традиц.
«
м
ы
ВЕСНА
и
о &
о L-
S3
м
о
т 35
ч
о
о Ч О
С
«
м
5й
УБОРКА ОЗИМЫХ
Период определения
Рисунок 1. Потенциальные годовые потери почвы от дефляции
Практически на всех культурах, кроме вышеупомянутой кукурузы и посеянному после нее гороху, потери почвы на фоне с обработкой почвы были выше, чем без нее в среднем по увлажнению 2019 года в 2,53-5,88 раза, а в засушливом 2020 г. - в 1,042,53 раза. При этом явно наблюдалось увеличение данного показателя к периоду уборки. Наибольшие потери характерны для посевов зерновых колосовых культур.
В целом потери находились существенно выше порога покрытия естественным почвообразовательным процессом, поэтому даже относительно устойчивые в дефляционном отношении черноземы обыкновенные требуют применения защитных мероприятий, направленных на снижение скорости ветра в приземном слое воздуха, и перехват движущихся частиц почвы. При отсутствии защитных лесных насаждений эту роль должны выполнять пожнивные остатки, оставляемые на поверхности почвы. Технология No-till в этом отношении имеет преимущество, так как позволяет сохранить максимальное количество стерни. Защитные свойства стерневого экрана изменяются в зависимости от культуры и предшественника. В среднем за годы исследований после уборки на полях оставалось пожнивных остатков: по гороху - 2,54-3,21 т/га, по зерновым колосовым - 3,12-4,67 т/га, по подсолнечнику - 5,14-7,70 т/га, по кукурузе - 5,74-6,88 т/га. К весне в зависимости от условий года их количество сокращалось на одну треть и более.
С учетом того, что противодефляционная эффективность стерни озимой пшеницы в несколько раз выше, чем у других культур, быстрым разложением пожнивных остатков, получаемого их количества может быть достаточно для защиты почв от дефляции только при небольших скоростях ветра. Поэтому в районах с напряженным ветровым режимом технологию No-till целесообразно применять в комплексе с лесными полосами, где она будет наиболее эффективна.
Заключение.
1. Содержание дефляционно-опасной фракции в верхнем (0-5 см) слое почвы на вариантах с традиционной технологией за годы исследований было в 1,10-1,72 раза выше, чем с технологией No-till, обеспечившей более устойчивую и стабильную структуру, особенно в условиях малоснежной зимы и сильной засухи.
2. Отказ от основной обработки почвы в технологии прямого посева позволяет снизить интенсивность разрушения почвы ветром (дефлируемость) в большинстве случаев в 1,21-5,88 раза.
3. Потенциальные годовые потери почвы от выдувания с открытой поверхности чернозема обыкновенного для условий протекания пыльных бурь в зоне неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья по технологии No-till были ниже, чем по традиционной и изменялись, соответственно, в диапазоне 0,29-16,27 т/гагод и 0,53-24,25 т/гагод.
4. Технология без обработки почвы формирует на поверхности экран из пожнивных остатков, что повышает противодефляционную устойчивость почвы, поэтому в районах с высокими скоростями ветра в период пыльных бурь применение ее в комплексе с лесными полосами может обеспечить максимальную защиту почв от выдувания.
Литература
1. Кулинцев В.В., Годунова Е.И., Желнакова Л.И. и др. Система земледелия нового поколения Ставропольского края: монография. - Ставрополь: АГРУС Ставропольского
гос. аграрного ун-та, 2013. 520 с.
2. Волошенкова Т.В., Овечко Н.Н. Экономические затраты на восстановление почв, подвергшихся дефляции // Вестник АПК Ставрополья. 2017. N 1(25). С. 98-101.
3. Рябов Е.И. Земля просит защиты. - Ставрополь, 1974. 160 с.
4. Сажин А.Н., Кулик К.Н., Васильев Ю.И. Погода и климат Волгоградской области. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2010. 306 с.
5. Захаров П.С. Полезащитные полосы и пыльные бури на Северном Кавказе// Научные основы защитного лесоразведения и его эффективность. - М.: Колос, 1970. С. 27-31.
6. Методы агрофизических исследований почв Средней Азии / ответ. ред. С.Н. Рыжов. - Ташкент: СоюзНИХИ, 1973. 132 с.
7. Долгилевич М.И., Васильев Ю.И., Сажин А.Н. и др. Методические указания по размещению полезащитных лесных полос в районах с активной ветровой эрозией. - М: ВАСХНИЛ, 1984. 59 с.
8. Долгилевич М.И., Васильев Ю.И., Сажин А.Н. Методика изучения комплекса лесомелиоративных и агротехнических приемов защиты почв от ветровой эрозии. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 1977. 72 с.
References
1. Kulintsev V.V., Godunova E.I., Zhelnakova L.I. et al. The system of agriculture of the new generation of the Stavropol Region: monograph. - Stavropol: AGRUS of the Stavropol State Agrarian University, 2013. 520 p.
2. Voloshenkova T.V., Ovechko N.N. Economic costs for the restoration of soils subjected to deflation // Agricultural Bulletin of Stavropol Region. 2017. N 1(25). P. 98-101.
3. Ryabov E.I. The earth asks for protection. - Stavropol, 1974. 160 p.
4. Sazhin A.N., Kulik K.N., VasilievYu.I. Weather and climate of the Volgograd Region. -Volgograd: VNIALMI, 2010. 306 p.
5. Zakharov P.S. Forest strips and dust storms in the North Caucasus// Scientific foundations of protective afforestation and its effectiveness. - M.: Kolos, 1970. P. 27-31.
6. Methods of agrophysical research of soils of Central Asia / ed. S.N. Ryzhov. - Tashkent: SoyuzNIHI, 1973. 132 p.
7. Dolgilevich M.I., VasilievYu.I., Sazhin A.N. et al. Guidelines for the placement of forest strips in areas with active wind erosion. - Moscow: VASKhNIL, 1984. 59 p.
8. Dolgilevich M.I., VasilievYu.I., Sazhin A.N. Methodology for studying the complex of forest improvement and agrotechnical methods of soil protection from wind erosion. - Volgograd: VNIALMI, 1977. 72 p.
Волошенкова Татьяна Владимировна, кандидат с.-х. наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией оценки экологического состояния агроценозов, ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 356241, Россия, Ставропольский край, Михайловск, ул. Никонова, д. 49, e-mail: tvoloshenko-va@yandex.ru
Гаджиумаров Расул Гаджиумарович, кандидат с.-х. наук, заведующий лаборатории технологии возделывания сельскохозяйственных культур, ФГБНУ «СевероКавказский федеральный научный аграрный центр», 356241, Россия, Ставропольский край, Михайловск, ул. Никонова, д. 49, e-mail: rasul_agro@mail.ru
Епифанова Раиса Филипповна, ведущий научный сотрудник лаборатории оценки экологического состояния агроценозов, ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 356241, Россия, Ставропольский край, Михайловск, ул. Никонова, д. 49, e-mail: stavrfe@mail.ru
Калашникова Анастасия Александровна, младший научный сотрудник лаборатории оценки экологического состояния агроценозов, ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 356241, Россия, Ставропольский край, Михайловск, ул. Никонова, д. 49, e-mail: anaskar@mail.ru
Оганджанян Артур Артурович, научный сотрудник лаборатории оценки экологического состояния агроценозов, ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр», 356241, Россия, Ставропольский край, Михайловск, ул. Никонова, д. 49, e-mail: ssvc2@mail.ru
Voloshenkova Tatyana Vladimirovna, Candidate of Agricultural Sciences, Chief Researcher, Head of the Laboratory for Assessment of the Ecological State of Agrocoenosis, FSBSI "North Caucasus Federal Agricultural Research Centre", 356241, Russia, Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonova str., 49, e-mail: tvoloshenkova@yandex.ru.
Gadzhiumarov Rasul Gadzhiumarovich, Candidate of Agricultural Sciences, Head of the Laboratory of Technology of Cultivation of Agricultural Crops, FSBSI "North Caucasus Federal Agricultural Research Centre", 356241, Russia, Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonova str., 49, e-mail: rasul_agro@mail.ru.
Epifanova Raisa Filippovna, Leading Researcher, Laboratory for Assessment of the Ecological State of Agrocoenosis, FSBSI "North Caucasus Federal Agricultural Research Centre", 356241, Russia, Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonova str., 49, e-mail: stav-rfe@mail.ru.
Kalashnikova Anastasia Aleksandrovna, Junior Researcher, Laboratory for Assessment of the Ecological State of Agrocoenosis, FSBSI "North Caucasus Federal Agricultural Research Centre", 356241, Russia, Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonova str., 49, e-mail: anaskar@mail.ru.
Ogandzhanyan Artur Arturovich, Researcher, Laboratory for Assessment of the Ecological State of Agrocoenosis, FSBSI "North Caucasus Federal Agricultural Research Centre", 356241, Russia, Stavropol Territory, Mikhailovsk, Nikonova str., 49, e-mail:ssvc2@mail.ru.
