CC BY
18
N N О N (О
Ш
S ^
ф
ч
ш ^
2
ш м
The influence of long-term fertilization on the productivity of the crop rotation link and the agrochemical properties of leached chernozem
A.N. Kozhokina, N.G. Myazin, T. Sal'gado Pacheko, E.S. Gasanova, P.T. Brekhov, N.V. Stekol'nikova
Emperor Peter the Great Voronezh State Agrarian University, ul. Michurina, 1, Voronezh, 394087, Russian Federation
Abstract. The research aimed to study the effect of long-term application of mineral and organic fertilizers, as well as an ameliorant, on the change in the agrochemical properties of the soil and the productivity of the link of grain-fallow crop rotation. The work was carried out in 2018-2020 in a stationary experiment, established in 1986 on leached low-humus medium thick heavy loamy chernozem. The studies were carried out in the crop rotation link: bare fallow -winter wheat - sugar beet and seven variants of the experiment with optimal (N60P60K60 for winter wheat and N120P120K120 for sugar beet) and double (N120P120K120 for winter wheat and N240P240K240 for sugar beet) doses of fertilizers applied to background of manure and defecation in the sixth rotation of a six-field crop rotation. The use of mineral fertilizers led to soil acidification. After the introduction of manure into the bare fallow field (in 2018), acidity stabilised, and in the variants with liming (in the second year of its aftereffect) its almost complete elimination was observed. The introduction of the optimal dose of mineral fertilizers increased the content of mobile forms of phosphorus - by 8-35 mg/kg, double - by 37-50 mg/kg; potassium - by 18-44 and 5965 mg/kg, respectively. Liming contributed to a decrease in the content of phosphorus by 2-20 mg/kg, potassium - by 25-28 mg/kg of soil. The highest productivity of the crop rotation link on average for 2018-2020 observed in the variant with the optimal dose of fertilizers against the background of the combined aftereffect of manure and defecation. The variant with a double dose of NPK was inferior in productivity, but it achieved the highest yield of winter wheat in 2019. With an increase in yield, a significant decrease in product quality was not observed.
Keywords: leached chernozem; fertility; fertilizers; defecation; winter wheat; sugar beet; crop quality.
Author Details: A.N. Kozhokina, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: annakoz27@ yandex.ru); N.G. Myazin, D. Sc. (Agr.), prof.; T. Sal'gado Pacheko, post graduate student; E.S. Gasanova, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.; P.T. Brekhov, Cand. Sc. (Biol.) assoc. prof.; N.V. Stekol'nikova, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Kozhokina AN, Myazin NG, Pacheko T. Sal'gado, et al. [The influence of long-term fertilization on the productivity of the crop rotation link and the agro-chemical properties of leached chernozem] Zemledelie. 2022;(6):11-6. Russian. doi: 10.24412/0044-3913-2022-6-11-16.
СоИ 10.24412/0044-3913-2022-6-16-21 УДК 631.6.02
Новый методический подход к оценке влияния агролесоландшафтного комплекса на почву и урожайность
сельскохозяйственных культур'
И. В. ПОДЛЕСНЫХ, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник (e-mail: [email protected]) А. В. ПРУЩИК, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Т. Я. ЗАРУДНАЯ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70 б, Курск, 305021, Российская Федерация
Исследования проводили с целью оценки влияния агролесоландшафтного комплекса на свойства почвы и урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур с использованием нового методического подхода. Он базируется на общепринятых в почвоведении и земледелии методах, но имеет принципиальные особенности в выборе параллельных ключевых участков в контроле и в варианте с агролесоланд-шафтным комплексом, основанном на величине среднемноголетнего смыва с учетом допустимых норм эрозии, с использованием геоинформационных технологий, с расчетами и графической визуализацией в программе QGis 3.8.3. Это позволило определять координаты ключевых участков, которые вводили в память GPS-навигатора для точного установления границ. Работу выполняли в 2012-2019 гг. на стационарном научно-производственном опыте по контурно-мелиоративному земледелию (Курская область). Оценку проводили для склонов западной экспозиции: с агролесомелиоративным комплексом и без противоэрозионных мероприятий (контроль). Агролесомелиоративный комплекс представлен тремя линейными рубежами, состоящими из двухрядных водорегулирующих лесных полос, усиленных канавой в междурядье и валом по нижней опушке. Влияние агролесоландшафтного комплекса на эрозионно-гидрологические показатели подтверждено достоверным увеличением высоты снежного покрова на 41 %, снижением промерзания почвы - на 48 %, уменьшением смыва почвы до 0,1...0,3 т/га и полного отсутствия. По результатам анализа почвенных разрезов установлено снижение гумусового горизонта книзу склона на 25.30 %.
Прогноз динамики общего углерода в слое 0.20 см показал снижение его содержания в результате недостаточного поступления в почву органических веществ и дополнительное уменьшение из-за смыва почвы на 5 %. Критерий водопрочности агрегатов в слое почвы 0.20 см склона с агролесо-ландшафтным комплексом на 22 % выше, чем в контроле. На примере озимой пшеницы отмечено достоверное увеличение урожайности сельскохозяйственных культур в средней части склона с агролесомелиоративным комплексом на 0,9.1,0 т/га, по сравнению с контролем, независимо от метеорологических условий.
Ключевые слова: агролесоландшафт-ный комплекс, QGis, ключевой участок, пашня на склонах, водорегулирующая лесная полоса, углерод, критерий водопрочности, урожайность.
Для цитирования: Подлесных И.В., Прущик А.В., Зарудная Т.Я. Новый методический подход в оценке влияния агро-лесоландшафтного комплекса на почву и урожайность сельскохозяйственных культур // Земледелие. 2022. № 6. С. 16-21. doi: 10.24412/0044-3913-2022-6-16-21.
Эрозия почвы - один из видов ее деградации. По определению Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO): эрозия почвы - это «перемещение почвенных частиц, почвенных агрегатов, органического вещества и питательных веществ с поверхности земли тремя основными путями: водой, ветром и обработкой почвы» [1]. К концу ХХ в. в мире 93 % продовольствия производили с использованием почвенных ресурсов, за весь период земледелия человечество утратило более 2 млрд га плодородных земель - это больше, чем общая площадь сельскохозяйственных земель современного человечества (1,5 млрд га). Согласно зарубежным и российским источникам [2, 3, 4] ежегодные потери почвы составляют 23 млрд т. По результатам анализа динамики изменения площади пашни во времени отмечено ежегодное сокращение на уровне 1 %, при этом 0,47 % связано с деградацией почвы
*Работа выполнена в рамках государственного задания ФБГНУ «Курский федеральный аграрный научный центр» по теме № FGZU-2022-0002.
[5], из них 0,40 % - приходилось на долю эрозии [6].
По последней информации Рос-земпроекта (на 1995 г) в России доля эродированных почв варьирует от 0,7 % (в Челябинской области) до 78,1 % (в Чувашской Республике) [6, 7]. Ежегодный их прирост составляет 0,36 % [8]. При подобной тенденции через 50 лет площадь эродированных почв увеличится на 20 %, а степень их деградации ещё больше. В дальнейшем крупномасштабные обследования почв в России были прекращены. Но деградационные процессы почвы, связанные с эрозией почвы продолжаются. По долгосрочным прогнозам, рассчитанным учеными Курского аграрного научного центра, эродированные чернозёмные почвы в Курской области восстановить практически невозможно [9, 10, 11].
В условиях всхолмленного рельефа преобладают сложные склоны, характерной особенностью которых служит наличие участков с различной длиной линии стока, крутизной, экспозицией, степенью эродированности почвы, что находит отражение в характере и величине стока и смыва почвы, а также затрудняет применение широкого спектра противоэрозионных мероприятий [12], за исключением формирования агролесоландшафтного комплекса.
Наиболее эффективное средство для защиты пахотных почв на склонах -агролесомелиоративный комплекс. Лесные полосы в сочетании с гидротехническими сооружениями способны сильно снижать эрозионный эффект поверхностного стока и переводить его во внутрипочвенный. Практика показывает, что из спектра противоэро-зионных мероприятий, используемых в условиях почвозащитных комплексов, наиболее эффективен агролесомелиоративный, соответствующий по структуре и свойствам природным аналогам [13].
Влияние широкорядных лесных полос на агрофизические и агрохимические свойства почвы в агро-ландшафтах изучено достаточно подробно [14]. При этом роль узких двухрядных лесных полос, занимающих небольшие площади, по сравнению с широкорядными, раскрыта слабо. Восполнить этот пробел возможно путем проведения многолетних исследований в стационарных опытах.
Цель исследования - оценка влияния агролесоландшафтного комплекса на эрозионно-гидрологические показатели, свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур в севообороте с использованием нового методического подхода, основанного на выделении ключевых участков с одинаковым среднемноголетним смывом почвы с применением информаци-
онных технологий и визуализацией в программе QGis 3.8.3.
Исследования проводили в многолетнем стационарном научно-производственном опыте по контурно-мелиоративному земледелию в Курской области в 2012-2019 гг. в условиях зернового севооборота: озимая пшеница (Triticum aestivum L.) - гречиха (Fagopyrum esculentum) -яровой ячмень (Hordeum distichon L.) - гречиха (Fagopyrum esculentum). В нижней части склонов был размещен почвозащитный травянозерновой севооборот: яровой ячмень (Hordeum distichon L.) с подсевом многолетних трав - многолетние травы (кострец безостый Bromopsis inermis Holub) 1 года пользования - многолетние травы 2 года пользования. Технология возделывания культур в севооборотах единая в пределах каждого севооборота.
Территория опыта представлена 2 водосборами на склоне западной экспозиции со сложным ложбинно-балочным рельефом. Средний уклон на водосборе с агролесоландшафтным комплексом, состоящим из контурно расположенных поперек склона трех линейных рубежей (водорегулирующих двухрядных лесных полос, усиленных водоулавливающей канавой глубиной 80 см в междурядье и валом по нижней опушке), был равен 2,5о. Лесные полосы однопородные из тополя евроамериканского гибрида Робуста (Populus euramericana Robusta) размещены по склонуна расстоянии 216 м. Средняя высота древостоя - 30 м, возраст деревьев - 30...38 лет. Состояние насаждений удовлетворительное. Контроль - без противоэрозионных лесомелиоративных мероприятий (средний уклон 3,1о).
Среднемноголетний смыв почвы при весеннем снеготаянии (Мт, т/га) рассчитывали по уравнению (1) [15]: МТ = P х Мср х L х sina хп х S х х А х Кэ х КП, (1)
где Р - коэффициент, зависящий от степени увлажнения территории (для лесостепной зоны - 0,115); М - зональ-
' " ср
ный среднемноголетний вынос почвы с зяби или уплотненной пашни, т/га; L -расстояние от водораздела до створа, для которого определяют смыв почвы, м; a - уклон склона на расстоянии L (м) от водораздела, град.; то - коэффициент влияния на смыв профиля склона; S -показатель, характеризующий влияние типа (подтипа) почвы на эрозию; Л - коэффициент влияния на эрозионные процессы степени эродированности пашни; Кэ - коэффициент воздействия на смыв экспозиции склона; Кп - коэффициент влияния на смыв почвы агротехнических, лесо- и гидромелиоративных противоэрозионных мероприятий.
Среднемноголетний смыв почвы в результате ливневой эрозии (Мл, т/га) определяли по уравнению (2) [15]:
Мл = Р xix Lx sina хлх xS xXxAxKw (2)
где i - 30-минутная интенсивность ливней 50 %-ной обеспеченности, мм/мин (0,46 мм/мин); А - параметр, зависящий от вида агрофона в вегетационный период.
С использованием уравнений (1) и (2) в программе QGis был построен растр линий стока с изучаемых склонов при снеготаянии и ливневой эрозии соответственно. Путем наложения линий стока получен растр среднемно-голетнего суммарного смыва почв с территории водосбора и выбраны ключевые участки: в контроле и на склоне с агролесоландшафтным комплексом, расположенные на водораздельной части, в середине склонов под пашней и внизу склонов под многолетними травами. Отбирали участки с одинаковым среднемноголетним смывом почвы. Ключевые участки имели форму квадратов со стороной 10 м, площадью -100 м2. Всего 6 ключевых участков (по 3 на каждом склоне), расположенных сверху вниз. Использование утилиты QGis позволило определить координаты ключевых участков, которые вводили в память GPS-навигатора для точного установления их границ.
Отбор точечных проб почвы проводили методом конверта перед началом и в конце ротации севооборотов на каждом ключевом участке. Почвенные разрезы на участках закладывали после 2-ой ротации севооборотов.
Плотность сложения почвы измеряли по Н.А. Качинскому по ненарушенной стенке разреза послойно через 5 см. Для пахотного горизонта в 5-и кратной повторности, затем в 3-х кратной повторности.
Распределение почвенных агрегатов по размеру определяли методом Н.И. Саввинова с дальнейшим расчетом средневзвешенного диаметра, водоустойчивость агрегатов - методом мокрого просеивания на приборе И.М. Бакшеева с последующим расчетом средневзвешенного диаметра и критерия водопрочности. Последний рассчитывали как отношение суммы водопрочных агрегатов размером 0,25...1,00 мм к сумме фракций тех же размеров, полученных при сухом просеивании, умноженное на 100 %. Содержание общего углерода измеряли по методу И.В. Тюрина (ГОСТ 26213-91). ы
Прогнозирование динамики общего о углерода [9] на 50 лет проводили по л следующим данным: начальной точкой д установлено содержание углерода в л слое почвы 0.20 см в период окон- s чания второй ротации севооборота; z при расчетах использовали среднюю 6 урожайность культур севооборота за м две ротации. Количество пожнивно- 2 корневых остатков и соломы рассчи-
1-я ротация севооборота 2-я ротация севооборота Средняя многолетняя
Наименование температура сумма температура сумма температура сумма осадков,
воздуха, 0С осадков, мм воздуха, 0С осадков, мм воздуха, 0С мм
Ноябрь-февраль -3,3 40 -3,3 49 -6,0 40
Апрель-август 17,3 46 16,9 56 14,9 58
тывали по средней урожайности для каждой культуры и склона. Для склона в контрольном варианте в расчет добавляли значения среднемноголетнего смыва, для склона с агролесоланд-шафтным комплексом было принято, что смыв отсутствовал.
Глубину промерзания почвы измеряли по ГОСТ 24847-2017, используя мерзлотомеры конструкции Данилина. Высоту снежного покрова определяли при снегомерной съемке по заранее построенному маршруту (РД 52.08.7302010) ежегодно.
Учёт урожайности проводили методом прямой механизированной уборки. Статистическую обработку данных осуществляли методом дисперсионного анализа, с целью увеличения информативности проводили оценку средних значений урожайности. Расчеты выполняли с использованием программного обеспечения Statists 6.0 и Microsoft Office Excel 2010 [16, 17].
Гидротермический коэффициент (ГТК) определяли методом Г.Т. Селя-нинова. Метеорологические условия в годы проведения наблюдений можно охарактеризовать как теплые, как с ноября по февраль, когда формировался снежный покров, так и с апреля по август - вегетационный период возделываемых культур (табл.1).
За 2012-2015 гг. (1-я ротация севооборота) с ноября по февраль температура превышала норму на 2,7 0С, а сумма осадков была равна среднемно-голетней и составила 40 мм. С апреля по август отмечали рост температуры на 2,4 0С (14 %), при сокращении суммы осадков на 12 мм (31 %). С 2016 по 2019 гг. (2-я ротация севооборота) в осенне-зимний период температурные различия оставались на таком же уровне, но осадков выпало на 22 % больше
(49 мм). В весенне-летний температура превышала среднемноголетнюю на 2,0 0С, а сумма осадков снизилась на 2 мм (56 мм), что очень близко к норме.
Комплексную оценку метеоусловий вегетационного периода проводили по гидротермическому коэффициенту. По среднемноголетним данным ГТК составил 0,9, что позволило охарактеризовать погодные условия как недостаточно увлажненные. Вегетационные периоды 2012-2015 и 2018-2019 гг характеризовались как засушливые (0,63...0,90), 2016 и 2017 гг- как избыточно влажный (1,80) и достаточно влажный (1,53) соответственно.
Предлагаемая оценка влияния агро-лесоландшафтного комплекса на почву и урожайность сельскохозяйственных культур основана на общепринятых в почвоведении и земледелии методах. При этом она имеет ряд отличительных особенностей в выборе параллельных ключевых участков в контроле и варианте с агролесоландшафтным комплексом, основанном на величине суммарного среднемноголетнего смыва, которая рассчитывается в программе QGis 3.8.3 с учетом рельефа, экспозиций, типа почвы, степени эродирован-ности и агрофона. Визуализация водосбора и возможность установления координат границ ключевых участков позволяет с наименьшей погрешностью определять их в полевых условиях при использовании GPS-навигатора.
Для выбранных водосборов с использованием картографического материала (топографическая карта с масштабом 1:5000 и почвенная карта, данные дистанционного зондирования) была построена цифровая модель рельефа в программе QGis 3.8.3. На ее основе провели расчеты и сформировали гриды уклонов склонов,
экспозиций, длин линий стока, а также создали векторную карту с площадями угодий, типами почв и степенью их эродированности, которую затем конвертировали в растр.
С использованием подготовленной серии гридов по уравнениям (1) и (2) был выполнен расчет суммарного среднемноголетнего смыва почв при отсутствии агролесоландшафтного комплекса (смоделированный, рис. 1 а) и с учетом существующих линейных рубежей (рис. 1 б). Интенсивный смыв почвы вероятен по наиболее длинным линиям стока на склонах западной, северной экспозиций водосбора и по его тальвегу. На смоделированном участке без противоэрозионных мероприятий для зернового севооборота отмечено превышение допустимых норм эрозионных потерь почвы более 0,5 т/га. В варианте с агролесоландшафтным комплексом при ведении зернового севооборота смыв почвы в диапазоне от 0,5 до 2,0 т/га спрогнозирован только на крутых участках склона водосбора (5...70).
Анализ распределения значений среднемноголетнего смыва почвы на контрольном водосборе без агролесо-ландшафтного комплекса, рассчитанного по такому же алгоритму, показал превышение допустимых норм в 4. 10 раз (рис. 2). Наиболее длинные линии стока получены на западной экспозиции, где среднемноголетний смыв составлял 2,0.5,0 т/га почвы.
Агролесоландшафтный комплекс полностью выполнял свои функции по задержанию и регулированию поверхностного стока при снеготаянии, равномерному снегораспределению, уменьшению смыва и размыва почвы (табл. 2). По результатам полевых исследований на склоне западной
Рис. 1. Среднемноголетний смыв почвы, смоделированный: а) без противоэрозионных мероприятий; б) с учетом агролесоландшафт-ного комплекса.
Рис. 2. Среднемноголетний смыв почвы на контрольном водосборе.
экспозиции с линейными рубежами в среднем за 8 лет установлено увеличение высоты снежного покрова на 41 % и снижение промерзания почвы на 48 %, по сравнению с контролем. Среднемноголетний смыв почвы составил 0,1.0,3 т/га, а в некоторые годы наблюдали его полное отсутствие.
Глубина гумусового горизонта почв водосбора с агролесоландшафтным комплексом и контроля одинакова в пределах погрешности на водораздельной части - 77.80 см и в середине склона -70.80 см (рис. 3). Отмечено увеличение мощности гумусового горизонта непосредственно под много-
летними травами на 11.15 %, по
2. Гидрологические показатели по водосборам (2012-2019 гг., ± - стандартное отклонение)
Водосбор Высота снежного покрова, см Промерзание почвы, см Сток, мм Смыв почвы, т/га
Контроль 21±2 48±2 10,9±2,1 3±0,5
Агролесоландшафтный комплекс 31±2 30±1 6,0±0,2 0,2±0,1
Морфологическое описание почвенных разрезов соответствует черноземам типичным среднемощ-ным тяжелосуглинистым с характерной для гумусового горизонта комковато-зернистой структурой. Почва в разрезе, заложенном в средней части контрольного склона, идентифицирована как лугово-черноземная, имеющая признаки гидроморфизма (присутствуют железистые хлопья, растянутый гумусовый горизонт).
Для почвенных профилей, вскрытых на пашне под зерновым севооборотом, характерно существенное увеличение плотности сложения почвы в диапазоне 15.30 см от 1,2 до 1,28 г/см3. В разрезах под многолетними травами отмечено постепенноеувеличение плотности почвы от 1,1до 1,13 г/см3 (НСР05 - 0,05) без резких переходов. Следовательно, переуплотнение связано с основной обработкой почвы.
Почва, вскрытая под многолетними травами, классифицирована как чернозем выщелоченный малогумусный тяжелосуглинистый с более низким расположением карбонатов, по сравнению с черноземом типичным.
сравнению с плакором, и на 30. 35 %, по сравнению с низом склона, что объясняется их положительным влиянием
поля при весеннем снеготаянии. Почва, расположенная внизу склонов, классифицирована как слабоэродированная (по Г.П. Сурмачу). Снижение глубины гумусового горизонта, по сравнению с плакором, составляет 22 % для склона с агролесоландшафтным комплексом и 31 % для контроля (см. рис. 3).
При почвенном обследовании при закладке опыта было установлено, что в контрольном варианте содержание общего углерода в слое 0.20 см выше, чем на водосборе с агролесоланд-шафтным комплексом. Следовательно, сравнивать изменение величины этого показателя между ними некорректно. Поэтому был проведен анализ динамики содержания общего углерода в слое почвы 0.20 см (табл. 3) для каждого склона во времени.
В 2020 г. отмечено достоверное снижение содержания общего углерода в почве пашни под зерновым севооборотом в контрольном варианте, в сравнении с 2012 г: для плакора - на 11 %, для средней части склона - на 6 %. Изменения во времени содержания углерода в почве, находящейся под травянозерновым севооборотом (многолетние травы), и на плакоре склона с агролесомелиоративным комплексом, несущественны.
Значительные изменения в содержании общего углерода сложно уловить за две ротации севооборота. Поэтому был рассчитан прогноз динамики содержания углерода при ведении зернового
Рис. 3. Распределение глубины гумусового горизонта вдоль склона (усики — стандартное отклонение): Ш — контроль; Ш — агролесоландшафтный комплекс.
на структуру почвы: увеличение пористости, разуплотнение, по сравнению с почвой, расположенной на поле, и задержание мелкозема, смываемого с
севооборота. Его результаты отражают тенденцию к снижению величины этого показателя вследствие отрицательного баланса (рис. 4). Необходимо допол-
3. Содержание общего углерода вдоль склона, % (± - стандартное отклонение)
Место отбора Контроль Склон с агролесоландшафтным комплексом
2012 г. 2020 г. НСР0,5 2012 г. 2020 г. НСР0,5
Плакор 3,24±0,02 2,89±0,03 0,05 3,13±0,03 3,17±0,02 0,10
Середина склона 3,16±0,03 3,00±0,03 0,04 3,11±0,02 2,89±0,02 0,06
Многолетние травы 3,56±0,03 3,60±0,02 0,10 3,60±0,01 3,55±0,02 0,10
(О Ф
Ш, ь
Ф
д
ф
ь
Ф
О)
О м м
см см о см (О
ш ^
Ф
Ч
ш ^
2
ш м
£ 3,1 3" 3,0 0 а Ц 2,9 > 2 2,8 1 ю 2,7 о Ф | 2,6 а а 2,5 ф Ч О О /1
о 0 5 10 15 20 25 30 Время,лет 35 40 45 50
Рис. 4. Прогноз динамики содержания углерода в слое почвы 0...20 см: Ш — агролесоландшафтный комплекс.
— контроль;
нительное внесение органического удобрения, чтобы остановить убыль. При дальнейшем применении существующей технологии возделывания сельскохозяйственных культур сниже-
на водосборе с агролесоландшафт-ным комплексом - 225±11, что соответствует хорошей водопрочности. В целом почвы изучаемых водосборов имели хорошее и отличное структурно-
Рис. 5. Динамика урожайности озимой пшеницы (НСРд5: 2012 г. — 0,08; 2016 г. — 0,10, «усики» — стандартное отклонение) и ярового ячменя (НСРд5: 2014 г. — 0,23; 2018 г. — 0,05): ■ — озимая пшеницы 2012 г.; ■ — озимая пшеница 2016 г.; ■ — ячмень 2014 г.; — ячмень 2018 г.
ние содержания углерода на склоне с агролесомелиоративным комплексом по прогнозу составит 14 %. На контрольном водосборе потери углерода будут интенсивнее на 5 % из-за эрозионных процессов.
Содержание органического вещества в почве тесно связано с ее структурой. При анализе почвы в средней части изучаемых склонов на водосборе с агролесоландшафтным комплексом отмечено увеличение средневзвешенного диаметра почвенных агрегатов на 18 %, средневзвешенного диаметра водопрочных агрегатов - на 16 %, в сравнении с контролем. Критерий водопрочности агрегатов, предложенный в ФГБНУ «Агрофизический научно-исследовательский институт» (АФИ), в контроле был равен 176±12,
агрегатное состояние. Высокий критерий водопрочности агрегатов можно объяснить тем, что более 15 лет основную обработку почвы проводили дискатором на глубину 10.12 см с заделкой растительных остатков. Это способствовало увеличению кор-ненасыщенности обрабатываемого слоя почвы и повышению содержания растительных остатков в почве, что улучшало ее структурность.
Один из главных показателей оценки влияния агролесоландшафтного комплекса - урожайность сельскохозяйственных культур (рис. 5). У озимой пшеницы и ярового ячменя на плако-рах изучаемых склонов разница между величинами этого показателя по годам возделывания находилась в пределах погрешности. В середине склона отмечали достоверное превышение урожайности в варианте с агролесоландшафтным комплексом, по сравнению с контролем: по озимой пшенице - на 20.25 %, по яровому ячменю - на 3.17 %. Исключение составил 2014 г., в котором сбор зерна ячменя на участках с агролесоландшафтным комплексом и контрольном в середине склонов сбор зерна различался не существенно. Урожайность колосовых культур зависела от метеорологических условий (случайный фактор), что подтверждает коэффициент детерминации на уровне 0,56.0,87.
Аналогичную тенденцию в динамике прослеживали для гречихи (рис. 6). Ее урожайность в первую ротацию на участках с агролесоландшафтным комплексом существенно превышала, величину этого показателя в контроле: на плакоре - на 0,13 т/га (7 %), на середине склона - на 0,96 т/га (34 %). Во вторую ротацию эти различия на плакоре составили 0,3 т/га (16 %), на середине склона 0,35 т/га (17 %). Отмечена высокая зависимость между урожайностью культуры и метеорологическими условиями (Я2 - 0,74.0,89). Этим объясняется существенная раз-
Рис. 6. Динамика урожайности гречихи (НСР05:1 ротация — 0,09; 2ротация — 0,04, «усики» — стандартное отклонение): ■ — 1 ротация; ■ — 2ротация.
A new methodological approach to assessing the impact of the agroforestry and landscape complex on soil and crop yields
I. V. Podlesnykh, A. V. Prushchik, T. Ya. Zarudnaya
Federal Agricultural Kursk Research Center, ul. Karla Marksa, 70 b, Kursk, 305021, Russian Federation
ница в урожайности по годам, поскольку влияние метеоусловий (случайных фактор) преобладает над влиянием агролесоландшафтного комплекса (детерминированный фактор).
Таким образом, предложен новый методический подход к определению ключевых участков на местности для проведения объективного анализа сравниваемых территорий. Сущность его состоит в выборе параллельных ключевых участков для контроля и агролесоландшафтного комплекса, основанном на значении среднемно-голетнего смыва с учетом допустимых норм эрозии с использованием геоинформационных технологий в виде расчетов и графической визуализацией в программе QGis 3.8.3. Использование этой утилиты дает возможность определять координаты участков, введенные в память GPS-навигатора, для точного установления местоположения их границ. Положительное влияние агролесоландшафтного комплекса на эрозионно-гидрологические показатели подтверждает увеличение высоты снежного покрова на 41 %, снижением промерзания почвы - на 48 %, уменьшением смыва почвы от 0,1.0,3 т/га до полного отсутствия. Результаты почвенного обследования выявили снижение гумусового горизонта книзу склона на 25.30 %, по сравнению с плакором. Критерий водопрочности агрегатов в слое почвы 0.20 см для склона с агролесоланд-шафтным комплексом на 22 % выше, чем в контроле. Прогноз динамики содержания углерода в пахотном слое почвы при действующей технологии возделывания культур указывает на возможности его снижение на 14 %, а на фоне дополнительного влияния эрозионных процессов - на 19 %. Отмечено достоверное увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, на примере озимой пшеницы в средней части склона с агролесомелиоративным комплексом - на 0,9.1,0 т/га, в сравнении с контролем, независимо от метеорологических условий.
Литература
1. Concept note: Global Symposium on Soil Erosion (GSER19). Rome, 2019. 12 p. URL: http://www.fao.org/3/CA3232EN/ca3232en.pdf. (дата обращения 08.06.2022).
2. An assessment of the global impact of 21st century land use change on soil erosion. / P. Borrelli, D.A. Robinson, L.R. Fleischer, et al. // Nature Communications 2017. Vol. 8. No.1. P 2013. doi:10.1038/s41467-017-02142-7.
3. Golosov V., Ivanova N., Kurbanova S. Influence of agricultural development and climate changes on the drainage valley density of the southern half of the Russian Plain // International Journal of Sediment Research. 2017. Vol. 32. No. 1. P. 60-72. doi:10.1016/j. ijsrc.2016.11.002.
4. Soil erosion and typical soil and water conservation measures on hillslopes in the Chinese mollisol region / H.O. Shen, W.T. Zhao, Y. Zhang, et al. // Eurasian Soil Science. 2020. Vol. 53. No.10. P. 1509-1519. doi: 10.1134/ S1064229320100178.
5. Добровольский Г.В. Деградация почв -угроза глобального экологического кризиса // Век глобализации. 2008. № 2. С. 54-65.
6. Dynamics of agricultural soil erosion in European Russia / L.F. Litvin, Z.P. Kiryukhina, S.F. Krasnov, et al. // Eurasian Soil Science. 2017. Vol. 50. No 11. Р 1344-1353. doi: 10.1134/ S1064229317110084.
7. Полуэктов Е.В. Эрозия почв и плодородие. Новочеркасск: Лик, 2020. 229 с. ISBN 978-5-907391-21-5.
8. Dynamics of agricultural soil erosion in Siberia and Far East / L.F. Litvin, Z.P. Kiryukhina, S.F. Krasnov, et al. // Eurasian Soil Science. 2021. Т. 54. № 1. Р. 150-160. doi: 10.1134/ S1064229321010075.
9. Модифицированный метод прогнозирования эрозии почвы и ее последствий / Ю.П. Сухановский, А.В. Прущик, С.И. Санжаро-ва, и др. // Земледелие. 2016. № 2. С. 29-32.
10. Soil erosion: An important indicator for the assessment of land degradation neutrality in Russia / P. Tsymbarovich, G. Kust, M. Kumani, et al. // International Soil and Water Conservation Research. 2020. Vol. 8. No. 4. P. 418-429. doi: 10.1016/j .iswcr.2020.06.002.
11. Soil loss on the arable lands of the forest-steppe and steppe zones of European Russia and Siberia during the period of intensive agriculture / V.N. Golosov, A.L. Collins, N.G. Dobrovolskaya, et al. // Geoderma. 2021. Vol. 381. P. 114678. doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114678.
12. Kulik, A.V., Gordienko, O.A. Conditions of Snowmelt Runoff Formation on Slopes in the South of the Volga Upland // Eurasian Soil Science. 2022.Vol. 55, P. 36-44. doi: 10.1134/ S1064229322010094
13. Михин В.И., Михин Е.А. Особенности лесомелиоративных комплексов ЦентральноЧерноземного региона России // Успехи современного естествознания 2020. № 12. С. 18-32. doi:10.17513/use.37531.
14. Влияние лиственных лесных насаждений на физические свойства почв / И.Т. Трофимов, Ю.В. Беховых, А.Г. Болотов и др. // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 1 (111). С. 34-39.
15. Подлесных И.В., Соловьева Ю.А. Новый подход в методологии формирования структуры севооборотов с учетом противоэро-зионной роли сельскохозяйственных культур // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 11. С. 21-25. doi: 10.24411/0235-24512020-11103.
16. Использование методов математической статистики для повышения информативности данных урожайности сельскохозяйственных культур в севооборотах многофакторного полевого опыта / Ю.П. Сухановский, А.С. Акименко, Т.А. Дудкина, и др. // Международный сельскохозяйственный журнал. 2020. № 6 (378). С. 94-97. doi: 10.24411/2587-6740-2020-16124.
17. Методологические основы получения заданного количества продовольственного зерна в севооборотах Центрального Черноземья / А.С. Акименко, Т.А. Дудкина, Н.В. Долгополова и др. // Земледелие. 2021. №4. С. 10-13. doi: 10.24411/0044-39132021-10403.
Abstact. The studies aimed to assess the impact of the agroforestry landscape complex on soil properties and the yield of cultivated crops using a new methodological approach. It is based on the methods generally accepted in soilscience and agriculture but has fundamental features in the choice of parallel index plots in the control and in the variant with an agroforestry landscape complex, based on the value of the average annual runoff, taking into account allowable erosion rates, using geoinformation technologies, with calculations and graphical visualization in QGis program 3.8.3. This made it possible to determine the coordinates of index plots, which were entered into the memory of the GPS navigator to accurately establish boundaries. The work was carried out in 2012-2019 on stationary research and production experience in contour-reclamation agriculture (Kursk region). The assessment was carried out for the slopes of the western exposure: with the agroforestry complex and without anti-erosion measures (control). The agroforestry complex was represented by three linear boundaries, consisting of two-row water-regulating forest belts, reinforced with a ditch in the aisle and a rampart along the lower edge. The influence of the agroforestry landscape complex on erosion and hydrological indicators was confirmed by a significant increase in the depth of snow cover by 41%, a decrease in soil freezing by 48%, a decrease in soil erosion to 0.1-0.3 t/ha and a complete absence. According to the results of the analysis of soil sections, a decrease in the humus horizon down the slope by 25-30% was established. The forecast of total carbon dynamics in the 0-20 cm layer showed a decrease in its content as a result of insufficient input of organic matter into the soil and an additional decrease due to soil erosion by 5%. The criterion of water resistance of aggregates in a soil layer of 0-20 cm of a slope with an agroforestry-landscape complex was 22% higher than in the control. On the example of winter wheat, a significant increase in the yield of agricultural crops in the middle part of the slope with an agroforestry complex by 0.91.01/ ha was noted, compared with the control, regardless of meteorological conditions.
Keywords: agroforestry landscape complex; QGis; index plot; arable land on slopes; water-regulating forest belt; carbon; water resistance criterion; yield.
Author Details: I. V. Podlesnykh, Cand. Sc. f (Agr.), leading research fellow (e-mail: model- e [email protected]); A. V. Prushchik, Cand. Sc. S (Agr.), senior research fellow; T. Ya. Zarudnaya, ° Cand. Sc. (Agr.), senior research fellow. 0
For citation: Podlesnykh IV, Prushchik AV, u Zarudnaya TYa [A new methodological ap- Q proach to assessing the impact of the agrofor- z estry and landscape complex on soil and crop 6 yields] Zemledelie. 2022;(6):16-21. Russian. M doi: 10.24412/0044-3913-2022-6-16-21. 2
■ 2
