CC BY
131
О/
ОБРАБОТКА ПОЧВЫ
с1о1: 10.24411/0044-3913-2021-10208 УДК 631.4:631.51
Обработка почвы и прямой посев: агрофизические свойства черноземов и урожайность полевых культур*
Д. Г. ПОЛЯКОВ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (e-mail: [email protected]
Институт степи Уральского отделения РАН, ул. Пионерская, 11, Оренбург, 460000, Российская Федерация
Рост площадей под прямым посевом -мировая тенденция в земледелии. Существуют опасения, что отказ от обработки приведет к чрезмерному уплотнению и физической деградации черноземов. Цель работы - установление тенденций изменения агрофизического состояния и продуктивности черноземов при отказе от основной обработки по опубликованным результатам полевых опытов, проведенных на территории Российской Федерации. В анализ включены публикации с сопряженным исследованием технологий глубокой обработки почвы (вспашки или глубокого рыхления) и прямого посева продолжительностью более 2лет. Наиболее часто обсуждается изменение объемной плотности почвы и запасов продуктивной влаги, гораздо меньше - структуры почвы. Как правило, отказ от основной обработки сопровождается уплотнением пахотного слоя почвы. Плотность черноземов выщелоченных с содержанием гумуса более 6 % при основной обработке и прямом посеве составляла 0,89...1,14 г/см3 и 0,96... 1,15 г/см3, выщелоченных малогумус-ных - 1,00.1,36 г/см3 и 1,07...,39 г/см3, обыкновенных - 0,96.1,21 г/см3 и 1,02. 1,26 г/см3, южных - 1,06.1,22 г/см3 и 1,13.1,27 г/см3 соответственно. Разница в плотности черноземов при прямом посеве и обработке почвы изменяется с продолжительностью опыта. На начальном этапе внедрения прямого посева отмечается резкое уплотнение почвы, по сравнению с обработанными вариантами. Длительное применение способствует сужению разницы, с тенденцией к разрыхлению. Структурно-агрегатный состав черноземов при прямом посеве чаще улучшается, отрицательные примеры описаны только на третий год
использования технологии. Запасы продуктивной влаги весной увеличивались в 61 % случаев, в 31 % уменьшались и в 8 % случаев эффект отсутствовал. При этом урожайность культур при прямом посеве снижалась в 73 % опытов, в 24 % повышалась. К 6...7-му году разница в урожайности постепенно сокращалась.
Ключевые слова: нулевая обработка, вспашка, объемная плотность, равновесная плотность, структурно-агрегатный состав, урожайность.
Для цитирования: Поляков Д. Г. Обработка почвы и прямой посев: агрофизические свойства черноземов и урожайность полевых культур// Земледелие. 2021. № 2. С. 37-43. бог. 10.24411/00443913-2021-10208.
Тема влияния способов основной обработки на агрофизические свойства обрабатываемых почв не нова. Продолжительное и активное обсуждение этой проблемы в отечественных и зарубежных научных публикациях свидетельствует об актуальности предмета обсуждения, или, о невозможности однозначно ответить на этот вопрос. Появление прямого посева в сочетании с обработками, и технологии No-till - продолжительного отказа от основной обработки, способствующего формированию растительной мульчи - обострило проблематику [1]. В последние годы одной из задач отечественного земледелия выступает исследование технологий многолетнего прямого посева в условиях нашей страны [2], что видно по растущему числу публикаций.
Черноземы, как главный производственный ресурс земледелия, уже давно находятся в условиях, значительно отличающихся от оптимальных, сформировавших их естественное состояние, и подвержены значительному числу деградаций [3]. Основная причина - несоответствие
применяемых технологий принципам их естественного формирования [4]. К подобному несоответствию относится основная обработка почвы. Она направлена на формирование пахотного слоя, свойства которого должны соответствовать экологическому оптимуму выращиваемых культур. Однако, обработка почвы сопряжена с уничтожением дернины, подстилки, активизацией эрозии, что приводит к постепенной агрофизической деградации черноземов [5, 6]. Многолетний отказ от обработки почвы и No-till способствует формированию растительной мульчи, а она служит аналогом подстилки из растительного опада степных растений, что реализует принцип при-родоподобия этой агротехнологии. В этой связи значительный интерес вызывают намечающиеся тренды изменения состояния почв, особенно черноземов при реализации многолетнего прямого посева и No-till. В Оренбургской области при No-till мы наблюдали резкое уплотнение верхнего слоя почвы на 0,05...0,09 г/см3 в течение первых четырех лет, на пятый и шестой годы разница в плотности, по сравнению с глубоким рыхлением, резко снизилась до 0,01.0,03 г/см3 [7]. Тенденция роста плотности почвы на начальном этапе внедрения No-till и последующее постепенное снижение описана в последних зарубежных обзорах, посвященных этой теме [8, 9]. Анализ публикаций показывает, что в Российской Федерации до сих пор нет общего мнения по поводу влияния отказа от обработки черноземов на их агрофизическое состояние. Возможно, это связано с тем, что в подавляющем большинстве случаев анализу подвергается конечный результат опыта, который имеет как положительные, так и отрицательные примеры, без анализа динамики этих изменений. На наш взгляд анализ большого количества опытов поможет выявить общие тенденции при переходе на прямой посев и No-till.
Цель работы - анализ изменения агрофизических свойств черноземов и их продуктивности, в том числе в зависимости от продолжительности прямого посева, по опубликованным результатам полевых опытов, проведенных на территории Российской Федерации.
* Статья подготовлена в рамках темы государственного задания Института степи УрО РАН №АААА-А21-121011190016-1.
СО (D 3 ь
(D д
(D Ь 5
(D
М
О м
Агрофизические свойства черноземов при обработанной почве и прямом посеве
Область (республика, край)
Гумус, %
Годы
Основная обработка
Глубина
обработки, см
Запасы продуктивной влаги, мм
Плотность почвы, г/см3
Коэффициент структурности
Водо-прочность, %
Культура
Урожайность, т/га
Источник
Чернозем выщелоченный
Челябин- 6,6...7,9 1976- вспашка 125 1,14 - - зерновые 2,43 [10]
ская 2018 прямой посев 130 1,15 - - 2,13
Краснояр- 5,1...9,1 2010- вспашка 20 ..22 - 0,89 3,4 74,1 - - [11]
ский 2012 прямой посев - 0,96 3,0 72,1 -
Краснояр- 6,1.8,0 2015- вспашка 20 ..22 166 0,92 1,9 - кукуруза 33,19 [12]
ский 2017 прямой посев 170 1,01 2,3 - (зеленая 23,44
Краснояр- 4,0.9,9 2005- вспашка 20 ..22 - 0,91 - - масса) - [13]
ский 2014 прямой посев - 1,10 - - -
Кемеров- 8,2 1974- вспашка 20 ..22 - 1,00 - - горох 2,14 [14]
ская 2016 прямой посев - 1,07 - - 2,45
Красно- - 2010- вспашка 20 ..22 - 1,34 1,2 - - - [15]
дарский 2012 прямой посев - 1,39 0,7 - -
Ставро- 5,5 2011- вспашка 136 1,27 - - озимая пше- 3,83 [16]
польский 2014 прямой посев 158 1,37 - - ница 2,66
Ставро- 5,2.5,5 2012- вспашка 20 ..22 103 1,36 - - озимая пше- 3,70 [17]
польский 2017 прямой посев 113 1,25 - - ница 3,00
Ставро- 5,8.6,2 2016- вспашка 20 ..22 176 1,28 - - подсол- 1,34 [18]
польский 2017 прямой посев 208 1,37 - - нечник 1,15
Ульянов- 5,8 2011- вспашка 20 ..25 115 1,23 3,0 76,9 зерновые 2,73 [19]
ская 2017 прямой посев 115 1,25 3,3 77,9 2,63
Курганская 4,0.5,2 2008- вспашка 22 ..24 87 - - - яровая пше- 1,51 [20]
2013 прямой посев 114 - - - ница 1,49
Курганская 4,0.5,2 2014- вспашка 22 ..24 - 1,24 - - пшеница 1,64 [21]
2018 прямой посев - 1,28 - - 1,14
Новоси- 4,4 2008- глубокое рых- 20 ..22 92 1,05 1,2 20,6 яровая пше- 3,1 [22, 23,
бирская 2012 ление ница 24]
прямой посев 62 1,12 1,3 21,7 3,4
Новоси- 5,2.5,9 5 лет вспашка 22 ..24 - 1,16 0,8 - - - [25]
бирская прямой посев - 1,13 1,7 - -
Новоси- 4,4 2008- глубокое рых- 25 ..27 123 1,21 1,6 48,9 пшеница 2,92 [26]
бирская 2016 ление
прямой посев 117 1,24 1,7 46,6 3,14
Алтайский 3,8 2011- глубокое рых- 25 ..27 162 - - - овес 2,09 [27]
2019 ление
прямой посев 121 - - - 1,79
Краснояр- - 2018 вспашка 20 . 22 - 1,19 - 64,6 - - [28]
ский прямой посев - 1,15 - 70,3 -
Белгород- - 2011- вспашка ернозем типичный 1,08 - - кукуруза на 8,87 [29]
ская 2012 прямой посев - 1,12 - - зерно 7,81
Белгород- - 2018- вспашка - 1,22 2,1 27,9 - - [30]
ская 2019 прямой посев - 1,26 2,3 35,6 -
Курская 5,4.5,5 2015- вспашка 20 ..22 116 - - - озимая пше- 3,88 [31]
2018 прямой посев 110 - - - ница 3,22
Башкорто- 7,1 2015- вспашка 23 ..25 105 - - - зерновые / 1,76/1,36 [32]
стан 2017 прямой посев 112 - - - горох 1,82/1,11
Чернозем обыкновенный
Воронеж- 6,5 1988- вспашка 20 ..22 - - 1,9 - - - [33]
ская 1990 прямой посев - - 1,7 - -
Воронеж- 7,1 2014- вспашка 20 ..22 225 - - - горох 2,23 [34]
ская 2016 прямой посев 188 - - - 1,41
Воронеж- 6 2013- вспашка 16 ..18 146 1,16 2,4 - озимая пше- 4,09 [35]
ская 2015 прямой посев 96 1,26 1,2 - ница 3,67
Ставро- низкое 2012- вспашка 20 ..22 145 1,14 - - - - [36]
польский 2014 прямой посев 169 1,21 - - -
Ставро- - 2012- вспашка 20 ..22 163 - - - условное 3,77 [37]
польский 2015 прямой посев 138 - - - зерно 4,07
Ставро- 3,9 2012- вспашка 138 1,15 - - озимая пше- 3,80 [16]
польский 2015 прямой посев 162 1,2 - - ница 4,36
Ставро- 3,3 2012- вспашка 78 1,2 - - озимая пше- 4,0 [17]
польский 2017 прямой посев 83 1,15 - - ница 4,0
Ставро- 3,6.3,9 2016- вспашка 20 ..22 148 1,21 - - озимая пше- 4,47 [38]
польский 2018 прямой посев 162 1,26 - - ница 3,66
Республи- 6,4 2017- вспашка 23 ..25 126 1,15 3,2 - яровая пше- 1,73 [39]
ка Башкор- 2018 прямой посев 135 1,20 3,6 - ница 1,76
тостан
Краснояр- 7,9.9,6 2013- вспашка 20 ..22 - 0,98 - - яровая пше- 2,25 [40]
ский 2015 прямой посев - 1,13 - - ница 1,79
Ставро- низкое 2013- вспашка 20 ..22 108 1,15 - - - - [41, 42]
польский 2018 прямой посев 118 1,21 - - -
Краснояр- 7,2.9,7 2013- вспашка 20 ..22 - 0,96 2,4 - яровая пше- 2,3 [43]
ский 2015 прямой посев - 1,02 2,3 - ница 1,6
Самарская - 2011- вспашка 22 ..24 164 - - - яровая пше- 1,43 [44]
2017 прямой посев 163 - - - ница 1,30
Ставро- 3,5 2012- вспашка Чернозе 88 м южный 1,06 - - озимая пше- 3,3 [17]
польский 2017 прямой посев 93 1,13 - - ница 3,7
Саратов- 3,3 2011- вспашка 23 ..25 - 1,22 - - чечевица 1,08 [45]
ская 2014 прямой посев - 1,27 - - 0,77
Саратов- 3,7 2008- вспашка - - 1,5 - подсолнеч- 1,81 [46]
ская 2012 прямой посев - - 1,9 - ник 1,29
Оренбург- 4,4 2011- глубокое рых- 30 154 1,19 - - зерновые 1,40 [7]
ская 2017 ление
прямой посев 119 1,22 - - 1,21
В работе использованы научные статьи с открытым доступом, размещенные в электронных научных библиотеках или на сайтах издательств. Критерием для отбора работ послужило наличие исследований, касающихся агрофизического состояния черноземов при различных способах основной обработки, включающих отвальную вспашку или глубокое рыхление в сравнении с многолетним прямым посевом. Среди них: запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы весной, плотность почвы, коэффициент структурности как отношение суммы фракций 0,25.10 мм к сумме фракции >10 мм и <0,25 мм, водопрочность структуры, а также урожайность культур, как результат реализации почвенного плодородия. Выборка по запасам продуктивной влаги составила 26 вариантов, плотности - 29, коэффициенту структурности - 13, водопрочности - 6 и урожайности -
29 вариантов. В таблицу сведены средние значения по фактору обработки почвы следующим образом: при наличии данных по слоям они сведены до среднего значения по всей исследуемой толще - 0.
30 см, или 0.20 см, которых было значительно меньше. При наличии нескольких значений за вегетацию рассчитывали или использовали имеющиеся средние значения по слою 0.20 см или 0.30 см.
Проанализированы результаты 38 полевых опытов, большинство из которых опубликовано в основном за последние 3.4 года. Срок полевых опытов в основном составляет 3 года и редко превышает 10 лет. Всплеск публикаций последних лет свидетельствует о том, что сама технология стала активно внедряться только с конца 2000-х годов. Это показывает, что исследование продолжительного прямого посева и No-till на территории Российской Федерации только начинается и количество полевых опытов постепенно растет. Наиболее активно в публикациях обсуждается изменение объемной плотности почвы, запасов продуктивной влаги, структурно-агрегатного состава и урожайности культур, как функции почвенного плодородия. Данные по другим агрофизическим свойствам единичны и поэтому не анализировали.
Плотность почвы - наиболее часто определяемый параметр. Это связано с тем, что она рассматривается как интегральный показатель агрофизического состояния, определяющего уровень плодородия. Для сельскохозяйственных культур плотность почвы должна находиться в определенных пределах, называе-
мых оптимальной плотностью, которая в наибольшей степени соответствует их экологическим потребностям. Оптимальный диапазон плотности для большинства культур в суглинистых почвах считается 1,00.1,30 г/см3
[47], по другим оценкам он немного смещается до 0,90.1,20 г/см3
[48]. В черноземах Украины он сужается до 1,10.1,30 г/см3 [49]. Мы опираемся на градацию, разработанную для черноземов европейской территории России. Для черноземов обыкновенных Южнорусской и Заволжской провинций величины показателя составляют 1,00.1,20 г/см3, для черноземов южных - 1,10. 1,25 г/см3 [50]. По мере снижения содержания общего гумуса происходит смещение оптимальной плотности черноземов в сторону уплотнения. Это же отмечено и для равновесной плотности почвы [5]. Поэтому в исследовании принят следующий диапазон оптимальный плотности: для черноземов выщелоченных и типичных с содержанием гумуса более 6 % оптимальная плотность составляет 0,95.1,15 г/см3, для выщелоченных и типичных малогумусных, а также обыкновенных - 1,00.1,20 г/см3, южных - 1,10.1,25 г/см3.
Черноземы выщелоченные с высоким содержанием гумуса при вспашке имели плотность почвы в среднем 0,97 г/см3 с колебаниями в пределах 0,89.1,14 г/см3. В варианте многолетнего прямого посева плотность составляла 1,06 г/см3, и ее варьирование не выходило за пределы оптимальных значений. Следовательно, основная обработка черноземов выщелоченных, содержащих адекватное биоклиматической обстановке количество гумуса, приводит к излишне вспушенному состоянию пахотного слоя, а прямой посев способствует возвращению к оптимальной плотности.
Черноземы выщелоченные мало-гумусные при вспашке имели плотность 1,20 г/см3 с колебаниями 1,00.1,36 г/см3, при многолетнем прямом посеве отмечено уплотнение в среднем до 1,23 г/см3 с колебаниями 1,07.1,39 г/см3. В большинстве случаев (из 12 опытов в 7-и случаях при вспашке и в 8-ми при многолетнем прямом посеве) плотность этих почв находилась за пределами оптимального диапазона. Следовательно, земледельческое использование черноземов выщелоченных с содержанием гумуса менее 6 % сопровождается уплотнением выше оптимальных значений вне зависимости от способа основной обработки.
Черноземы обыкновенные при вспашке имели плотность пахотного
слоя 1,12 г/см3 с колебаниями, практически не выходящими за пределы оптимальных - 0,96.1,21 г/см3. В вариантах без обработки плотность почвы увеличивалась в среднем до 1,18 г/см3 и колебалась от 1,02 до 1,26 г/см3. Из 9-ти опытов оптимальная плотность при вспашке отмечена в 67 %, при прямом посеве - в 56 %.
Плотность черноземов южных при основной обработке составляла в среднем 1,15 г/см3с колебаниями в пределах 1,06.1,22 г/см3, при многолетнем прямом посеве - 1,21 г/см3 с колебаниями 1,13.1,27 г/см3. В 75 % случаев значения плотности почвы были оптимальными как при обработке, так и при прямом посеве.
На основании этого можно сделать вывод, что отказ от обработки черноземов приводит к некоторому увеличению плотности. В высокогу-мусных черноземах выщелоченных это чаще всего приводит к оптимизации плотности, в черноземах обыкновенных и южных плотность верхнего слоя чаще всего находится в оптимальном диапазоне вне зависимости от вариантов обработки почвы или прямого посева. Плотность черноземов выщелоченных с низким содержанием гумуса находится вне оптимума.
В целом, из 38 полевых опытов в 32 имеются данные по плотности почвы. Отмеченатенденция уплотнения почвы при снижении интенсивности рыхления в ряду вспашка - глубокое рыхление - мелкое рыхление - прямой посев. Многолетний прямой посев приводил к уплотнению почвы в 24 случаях (75 %), в том числе в 5-и случаях (15 %) - от вспушенного состояния до оптимального, в 4-х случаях отмечено разуплотнение и в 4-х - стабильное состояние с колебанием в пределах 0,03 г/см3. Следовательно разуплотнение и нейтральный отклик плотности почвы на отсутствие основной обработки составляет 25 %. Таким образом, фактическая доля отрицательных откликов составляет 60 %.
В недавнем мировом обзоре при сравнении No-till и обработки почвы, показано, что из 62 исследований в 42 % случаев изменение плотности не происходило, в 39 % - отмечено ы уплотнение, в 19 % случаев - разу- о плотнение [8]. Из этого можно сде- л лать вывод, что при прямом посеве Д черноземы более подвержены уплот- л нению, чем другие почвы. Однако в s этом обзоре велико количество дол- z госрочных опытов, а в Российской 2 Федерации опыты только начаты, 2 поэтому такое сравнение не совсем 2 корректно.
см о см см
ш ^
Ф
И
ш ^
2
ш м
15
10
-10
i к
< к 4 ►
и : < < ►
1 ' 1 м ' 1 1< ► 1 ► 1 ^ ► < ►
1 3 ! < ► 7 1
<
Продолжительность опыта, годы
Рис. 1. Взаимосвязь изменения объемной плотности почвы с длительностью прямого посева в первое десятилетие: ♦ — опыты с единичным значением; Щ — длительный опыт на черноземах южных Оренбургской области [7]; А — длительный опыт на черноземах обыкновенных Ставропольского края [42].
Ранжирование разницы в плотности обработанной почвы и в варианте многолетнего прямого посева от длительности полевого опыта показало, что на начальном этапе внедрения прямого посева фиксируется наибольшее в опыте уплотнение почвы, а длительное использование прямого посева способствует снижению разницы в исследуемых вариантах (рис. 1). Эта тенденция согласуется с выводами, сформулированными в мировых обзорах, посвященных технологиям прямого посева [9, 51, 52]. При этом уплотнение оценивается в пределах допустимого уровня [53].
Уплотнение на начальном этапе внедрения прямого посева может объясняться постепенным ростом равновесной плотности при обработке почвы [5], которая при отсутствии рыхления воспринимается как уплотняющее воздействие прямого посева, хотя по сути, выступает последствием длительного пахотного использования. Постепенное разуплотнение при многолетнем прямом посеве объясняется повышением содержания гумуса при поступлении дополнительного количества растительных остатков. Так, исследования с разным количеством мульчи показали, что с ее ростом разуплотняющее воздействие более выражено [54]. Пожнивный посев также способствует разуплотнению, так как служит дополнительным источником растительных остатков [55].
Структура почвы также служит важным показателем ее агрофизического состояния, однако из 38 полевых опытов только в 14 проводили
исследования структуры почвы и в 6-ти ее водопрочности. Такое малое количество исследований не позволило выявить особенности изменения структурно-агрегатного состава в зависимости от способа обработки по подтипам черноземов.
В целом по черноземам при отказе от обработки отмечено повышение коэффициента структурности в 64 % случаев. Причем снижение коэффициента структурности происходит только в трехлетних опытах, где составляет 83 %. По остальным годам отмечен небольшой рост величины показателя. Тенденция к изменению со временем не очевидна, возможно ввиду малой выборки. Во-допрочность структуры практически не изменяется, за исключением [30], когда она возросла с 27,9 до 35,6 %.
В литературе улучшение структуры почвы объясняется более высокой активностью дождевых червей и увеличением микробной биомассы при разложении пожнивных остатков в отсутствии обработки [56, 57] и напрямую зависит от увеличения содержания органического углерода [58]. При этом глубокая обработка почвы приводит к активизации эрозии, снижению запасов общего углерода и ухудшению структуры почвы [59, 60].
Запасы продуктивной влаги - в работе оценивали весенние запасы продуктивной влаги (ЗПВ) в метровом слое почвы, так как это позволяет оценить способность технологий накапливать зимнюю влагу, что представляется одной из важнейших задач в земледелии степной зоны. Весенние запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы оценены в 26-ти исследованиях. Увеличение накопления продуктивной влаги отмечено в 61 %, изменения отсутствовали в 8 %, запасы снизились - в 31 % случаев. При этом количество случаев преимущества ЗПВ при обработанной почве по сравнению с прямым посевом со временем не снижается (рис. 2). Таким образом, прямой посев в большинстве случаев обеспечивает преимущество по запасам продуктивной влаги, но в первое десятилетие закрепления эффекта со временем не обнаружено, несмотря на тенденцию разуплотнения. Это может объясняться тем, что при длительном прямом посеве общая пористость практически не изменяется [61, 62], отмечается увеличение доли тонких пор и снижение их извилистости [63, 64].
Урожайность полевых культур -конечная цель земледелия и интегральный показатель используемых технологий в реализации эффективного почвенного плодородия. В опы-
о н в и
кти
о р
п в о с а п а з е и н е н е м з
40
30
20
10
ги 0
а
» -10
-20
-30
-40
4 ►
< ► <
* >
*--< ► _ < < > ►
0 < ► ; 3 1
4 ► < ►
< ► 4 ►
< < ►
Продолжительность опыта, годы
Рис. 2. Взаимосвязь изменения запасов продуктивной влаги весной с длительностью прямого посева.
5
0
20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
<
► < ►
* >
5 5 7 9 9 1 1
4
< < ► ^ ► к <
f < < ►
4 к ► < ►
Т
<
Продолжительность опыта, годы
Рис. 3. Взаимосвязь изменения урожайности полевых культур с длительностью прямого посева в первые 10лет.
прямого посева, а также количества дополнительно поступающих растительных остатков, оставляемых на полях в виде мульчи.
Понимание процессов, происходящих при отказе от основной обработки почвы, поможет правильно оценить отклик черноземов, разработать успешную стратегию перехода на многолетний прямой посев и обеспечить постепенный рост плодородия черноземов. Поэтому важной мерой при переходе на технологии прямого посева выступает определение сложившегося уровня равновесной плотности обрабатываемых почв и уровень поступления ежегодного количества мульчи, необходимой для сокращения периода пониженной урожайности. Недостаточное количество мульчи может усилить или продлить негативный эффект. Ее количество можно регулировать пожнивным посевом или насыщением севооборота культурами с большой вегетативной массой.
тах оценивали большое количество различных культур, которые сложно сопоставить между собой, поэтому разница в уровне урожайности по вариантам представлена в процентом отношении (рис. 3).
Многолетний прямой посев приводил к снижению урожайность культур в 73 % случаев, повышение отмечено в 24 %, нет изменений в одном опыте, что составляет 3 %. В среднем снижение составило 11,6 %, по отношению к обработанной почве, с колебаниями от потерь (36,8 %), до прибавки (14,7 %). С увеличением длительности опыта разница сужается, а доля положительных примеров начинает постепенно увеличиваться.
В целом урожайность при прямом посеве, по сравнению со вспашкой, в первые годы снижается значительно, к 6.7-му году проявляется тенденция постепенного сокращения разницы, а к 9-му году отмечено даже некоторое его преимущество. Эта тенденция соответствует мировому опыту ведения земледелия по технологии прямого посева - No-till [65, 66]. Согласно данным разных исследователей, No-till стабилизирует урожайность по годам [67, 68], а для реализации потенциала необходимо не менее 4.6-ти лет [69, 70]. Скорость положительного отклика на No-till связывают с количеством поступающего органического вещества, влияющего на накопление органического вещества и улучшение свойств почвы [69, 71]. Положительный отклик урожайности и улучшение агрофизических свойств по времени примерно совпадают.
Таким образом, прямой посев не приводит к агрофизической деградации черноземов. На начальном этапе - 2.5 лет от начала опыта, в подавляющем большинстве случаев отмечаются негативные изменения.
В этот период происходит уплотнение почвы, ухудшение структуры и снижение урожайности. Затем, в большинстве случаев, намечается тенденция к постепенному сокращению разницы в агрофизических свойствах и урожайности обработанной и необработанной почвы, которые к 7.8-му году зачастую практически не отличаются. Наиболее хорошо технологии прямого посева зарекомендовали себя на черноземах выщелоченных с содержанием гумуса более 6 %, где отказ от обработки способствовал оптимизации их плотности.
Причиной подобного отклика почвы на отказ от обработки может служить состояние пахотных черноземов. На момент внедрения прямого посева черноземы в агроланд-шафтах подвержены многолетнему воздействию основных деградаций: дегумификация, связанная со снижением количества поступающих растительных остатков; физическая деградация - как следствие дегу-мификации, дробления и истирания структуры рабочими органами и уплотнения почвы ходовой частью машин; эрозия - как результат дегумификации, физической деградации, уничтожения дернины и подстилки. Отказ от обработки таких почв приводит к уплотнению до уровня равновесной плотности. При продолжительном прямом посеве отмечается снижение плотности, которое может объясняться «саморыхлением» корнями возделываемых культур, поступлением дополнительного количества органического вещества в виде мульчи и защитными свойствами самой мульчи. Поэтому длительность периодов ухудшения и постепенного восстановления агрофизических свойств зависит не только от технологии, но и от состояния почвы на момент внедрения
Литература.
1. Пыхтин И. Г. Обработка почвы: действительность и мифы // Земледелие.
2017. № 1. С. 33-36.
2. Кирюшин В. И. Актуальные проблемы и противоречия развития земледелия // Земледелие. 2019. № 3. С. 3-7.
3. Крупеников И. А. Черноземы. Возникновение, совершенство, трагедия деградации, пути охраны и возрождения. Кишинев: Pontos, 2008. 288 с.
4. Байбеков Р. Ф. Природоподобные технологии основа стабильного развития земледелия // Земледелие. 2018. № 2. С. 3-6. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2018-10201.
5. Кузнецова И. В. Изменения физического состояния черноземов типичных и выщелоченных Курской области за 40 лет // Почвоведение. 2013. № 4. с. 434-441. https://doi.org/10.7868/ S0032180X13040084.
6. Литвин Л. Ф. География эрозии почв сельскохозяйственных земель России. М.: Академкнига, 2002. 255 с.
7. Прямой посев и No-till в Оренбуржье / Ф. Г. Бакиров, Д. Г. Поляков, А. В. Халин и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (73). С. 50-54.
8. Blanco-Canqui H., Ruis S. J. No-tillage and soil physical environment // Geoderma.
2018. Vol. 326. P. 164-200. https://doi. org/10.1016/j.geoderma.2018.03.011. ы
9. Residue retention and minimum tillage е improve physical environment of the soil | in croplands: A global meta-analysis / д Y Li, Z. Li, S. Cui, et al. // Soil and Tillage е Research. 2019. 194. 104292. https://doi. и org/10.1016/j.still.2019.06.009. <D
10. Агеев А. А., Анисимов Ю. Б., Враж- Z нов А. В. Почвозащитные и ресурсосбе- d регающие системы обработки почвы в 0 земледелии Челябинской области // Из- 2 вестия Оренбургского государственного
аграрного университета. 2019. № 6 (80). С. 41-44.
11. Кураченко Н. Л., Картавых А. А. Агрофизическое состояние черноземов Красноярской лесостепи в условиях ресурсосберегающих технологий основной обработки // Земледелие. 2017. № 2. С. 17-19.
12. Влияние приемов основной обработки почвы в севообороте на динамику влажности и агрофизические свойства чернозема выщелоченного / В. Н. Романов, В. К. Ивченко, И. О. Ильченко и др. // Достижения науки и техники АПК.
2018. Т. 32. № 5. С. 32-34. https://doi. org/10.24411/0235-2451-2018-10508.
13. Белоусова Е. Н. Влияние почвозащитных технологий на плотность и твердость чернозема выщелоченного // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 11. С. 3-9.
14. Урожайность гороха сорта Виктория при различных системах обработки почвы / Н. А. Лапшинов, А. Л. Пакуль, Г. В. Божанова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2016. № 12. т. 30. С. 69-71.
15. Макаренко С. А., Найденов А. С. Влияние способов основной обработки почвы под сою на изменение агрофизических показателей чернозема выщелоченного // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 5 (109). С. 837-847.
16. Дридигер В. К., Стукалов Р. С., Матвеев А. Г. Влияние типа почвы и ее плотности на урожайность озимой пшеницы, возделываемой по технологии no-till в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края // Земледелие. 2017. № 2. С. 19-22.
17. Эффективность применения технологии No-till в различных климатических зонах Ставропольского края / А. Н. Есаулко, Е. Б. Дрепа, А. Ю. Ожере-дова и др. // Земледелие. 2019. № 7. С. 28-31. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2019-10707.
18. Влияние технологии возделывания на агрофизические свойства черноземов выщелоченных и урожайность подсолнечника / Е. Б. Дрёпа, О. И. Власова, А. С. Голубь и др. // Земледелие. 2020. № 3. С.18-20. https://doi.org/10.24411/0044-3913-2020-10304.
19. Кузина Е. В., Немцев С. Н. Итоги изучения различных систем обработки почвы в зернопаровом севообороте на черноземах Среднего Поволжья // Сельскохозяйственный журнал.
2019. № S5 (12). С. 65-71. https://doi. org/10.25930/0372-3054/010.5.12.2019.
20. Эффективность прямого посева в Зауралье / С. Д. Гилев, И. Н. Цимбаленко, А. А. Замятин и др. // Земледелие. № 6. 2014. С. 19-22.
см
О 21. Технология без обработки почвы N в исследованиях Курганского НИИСХ / ^ С.Д. Гилев, И. Н. Цымбаленко,А. Н. Копы-Z лов и др. // Сельскохозяйственный жур-| нал. 2019. № S5 (12). С. 40-46. https://doi. Ч org/10.25930/0372-3054/006.5.12.2019. с! 22. Власенко А. Н., Власенко Н. Г., ® Коротких Н. А. Проблемы и перспективы 2 разработки и освоения технологии No-.2 till на черноземах лесостепи Западной
Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2013. № 9. С. 16-19.
23. Коротких Н. А., Власенко Н. Г., Кастючик С. П. Структурно-агрегатный состав чернозема выщелоченного при переходе к технологии No-Till // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2013. № 1. С. 5-11.
24. Коротких Н.А., Власенко Н.Г., Ко-стичик С.П. Влагообеспеченность яровой пшеницы по технологии No-Till в лесостепи Приобья // Земледелие. 2013. № 3. С. 21-22.
25. Галеева Л. П., Широких П. С. Свойства черноземов выщелоченных Новосибирского Приобья при различных обработках // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 11. С. 9-13. https://doi. org/10.24411/0235-2451-2018-11102.
26. Средообразующая роль фито-санитарных культур, возделываемых по No-till технологии, в севооборотах / А. Н. Власенко, Н. Г. Власенко, П. И. Кудашкин и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 6. С. 5-9. https://doi.org/10.2441 1/0235-24512019-10601.
27. Отзывчивость овса на удобрения в зависимости от обработки почвы и уровня защиты культур полевого севооборота в лесостепи Алтайского Приобья / С. В. Усенко, В. И. Усенко, А. А. Гаркуша и др. // Земледелие. 2020. № 1. С. 44-48. https://doi.org/10.2441 1/0044-39132019-10112.
28. Ивченко В. К., Полосина В. А., Штеле А. А. Влияние приемов основной обработки почвы на агрофизические показатели чернозема выщелоченного Красноярской лесостепи // Вестник КРАСГАУ. 2019. № 7 (148). С. 50-58.
29. Агроэкологическая оценка технологии No-till в условиях Белгородской области / С. Д. Лицуков, А. В. Ширяев, Л. Н. Кузнецова и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 9. 46-48.
30. Влияние систем обработки почвы на агрофизические свойства черноземов / С. А. Линков, А. В. Ширяев, А. В. Акинчин и др. // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2019. № 4. С. 211-219.
31. Эффективность различных способов основной обработки почвы и прямого посева при возделывании озимой пшеницы на черноземных почвах Курской области / Д. В. Дубовик, В. И. Лазарев, А. Я. Айдиев и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 12. С. 26-29. https://doi.org/10.2441 1/0235-24512019-11205.
32. Продуктивность зерновых культур при различныхспособахобработки почвы / Р. Л. Акчурин, И. О. Чанышев, Р. К. Нафи-ков и др. // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 8. С. 14-17. https://doi. org/10.24411/0235-2451-2019-10803.
33. Гармашов В. М., Турусов В. И., Гаврилова С. А. Изменение свойств чернозема обыкновенного при различных способах основной обработки // Земледелие. 2014. № 6. С. 17-19.
34. Эффективность различных приемов основной обработки почвы под горох / В. И. Турусов, В. М. Гармашов, И. М.Корнилов и др. // Земледелие. 2016. № 8. С. 22-24.
35. Трансформация физических показателей черноземов в результате агро-генного воздействия / Ю. И. Чевердин, С. В. Сапрыкин, А. Ю. Чевердин и др. // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 3. С. 5-10.
36. Петрова Л. Н., Дридигер В. К., Кащаев Е. А. Влияние технологии возделывания сельскохозяйственных культур на содержание продуктивной влаги и плотность почвы в севообороте // Земледелие. 2015. № 5. С. 16-18.
37. Кащаев Е. А. Эффективность технологии возделывания сельскохозяйственных культур в севообороте на черноземе обыкновенном зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края // Таврический вестник аграрной науки. 2016. № 4. 72-81.
38. Воропаева А. Н., Шаповалова Н. Н., Годунова Е. И. Влияние технологии возделывания на урожай и качество зерна озимой пшеницы в условиях неустойчивого увлажнения Центрального Предкавказья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 5 (79). С 72-76.
39. Влияние ресурсосберегающих обработок на агрофизические свойства обыкновенного чернозема и урожайность яровой пшеницы в предгорной степи Южного Урала / Я.З. Каипов, Р. Л. Акчурин, З. Р. Султангазин и др. // Земледелие. 2020. № 1. С. 40-43. https://doi. org/10.24411/0044-3913-2020-10111.
40. Влияние обработки почвы на элементы плодородия и урожайность пшеницы в лесостепной зоне Красноярского края / Н. В. Петровский, В. Н. Романов, В. М. Литау и др. // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №6. С. 77-79.
41. Влияние технологии возделывания полевых культур на водно-физические свойства чернозема обыкновенного в первой ротации полевого севооборота зоны неустойчивого увлажнения Ставропольского края / В. К. Дридигер, В. В. Кулинцев, Р. С. Стукалов и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (66). С. 39-43.
42. Динамика изменения агрофизических свойств почвы при возделывании полевых культур по технологии No-till / В. К. Дридигер, В. В. Кулинцев, Р. С. Стукалов и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 5 (73). С. 35-38.
43. Кураченко Н. Л., Колесников А. С. Романов В. Н. Влияние обработки почвы на агрофизическое состояние чернозема и продуктивность яровой пшеницы // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2018. Т. 48. № 1. С. 44-50. https:// doi.org 10.26898/0370-8799-2018-1-6.
44. Горянин О. И., Щербинина Е. В. Прямой посев яровой твердой пшеницы в Среднем Заволжье // Успехи современного естествознания. 2018. № 10. С. 45-49. https://doi.org/10.17513/use.36880.
45. Динамика плотности почвы чернозема южного при минимализации основной обработки / А. П. Солодовников, А. В. Летучий, Д. С. Степанов, и др. // Земледелие. 2015. №1. С. 5-7.
46. Влияние прямого посева на плодородие почвы и урожайность полевых культур в Саратовском Правобережье /
В. Б. Нарушев, В. Е. Одиноков, Е. В. Оди-ноков и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (53). С. 54-55.
47. Шеин Е. В. Курс физики почв. М.: МГУ, 2005. 432 с.
48. Optimal soil physical quality inferred through structural regression and parameter interactions / W. D. Reynolds, C. F. Drury, X. M.Yang et al // Geoderma. 2008. 146(3-4), 466-474. https://doi.org/10.1016/j. geoderma.2008.06.017.
49. Медведев В. В. Физические свойства и обработка почв в Украине. Харьков: Городская типография, 2013. 224 с.
50. Кузнецова И. В., Азовцева Н. А., Бондарев А. Г. Нормативы изменения физических свойств почв степной, су-хостепной,полупустынной зон европейской территории России // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2011. Вып. 67. С. 3-19. https://doi. org/10.19047/0136-1694-2011-67-3-19.
51. A global analysis on the impact of nontillage on soil physical condition and organic carbon content, and plant root response / S. Mondal, D. Chakraborty, K. K. Bandyopadhyay, et al. // Land Degradation & Development. 2019. Vol. 31. P. 557-567. doi:10.1002/ldr.3470.
52. Trade-off between soil pH, bulk density and other soil physical properties under global no-tillage agriculture / Y. Li, Z. Li, S. Cui, et al. // Geoderma.
2020. Vol. 361. 114099. doi:10.1016/j. geoderma.2019.114099.
53. Pranagala J., Wozniakb A. 30 years of wheat monoculture and reduced tillage and physical condition of Rendzic Phaeozem // Agricultural Water Management.
2021. 243. 106408. doi: 1 0. 1 0 1 6/j. agwat.2020.106408.
54. Jordan A., Zavala L. M., Gil J. Effects of mulching on soil physical properties and runoff under semi-arid conditions in southern Spain // Catena. 2010. Vol. 81. No. 1. P. 77-85. https://doi.org/10.1016/j. catena.2010.01.007.
55. Addition of Cover Crops Enhances No-Till Potential for Improving Soil Physical Properties / H. Blanco-Canqui, M. M. Mikha, D. R. Presley, et al. // Soil Science Society of America Journal. 2011. 75 (4), 1471. https:// doi.org/10.2136/sssaj2010.0430.
56. Crop rotation and residue management effects on soil enzyme activities, glomalin and aggregate stability under zero tillage in the Indo-Gangetic Plains / G. Singh, R. Bhattacharyya, T. K. Das, et al // Soil and Tillage Research. 2018. Vol. 184. P. 291-300. doi:10.1016/j. still.2018.08.006
57. Zero tillage and residue retention impact on soil aggregation and carbon stabilization within aggregates in subtropical India / K. Modak, D.R. Biswas, A. Ghosh, et al. // Soil and Tillage Research. 2020. Vol. 202. 104649. doi:10.1016/j.still.2020.104649
58. Impact of conservation tillage in rice-based cropping systems on soil aggregation, carbon pools and nutrients / R. Nandan, V. Singh, S. Singh, et al. // Geoderma. 2019. Vol. 340. P. 104-114. doi:10.1016/j.geoderma.2019.01.001
59. Abdalla K., Mutema M., Hill T. Soil and organic carbon losses from varying land uses: a global metan analysis //
Geographical Research. 2020. Vol. 58. P. 167-185. doi:10.1111/1745-5871.12389
60. Short-term effects of land management change linked to cover crop on soil organic carbon in Mediterranean olive grove hillsides / M. Gonzalez-Rosado, B. Lozano-García, J. Aguilera-Huertas, et al. // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 744. 140683. doi:10.1016/j. scitotenv.2020.140683
61. Effects of tillage systems on soil water content and yield in maize and winter wheat production / K. Copec, D. Filipovic, S. Husnjak, et al. // Plant Soil Environ. 2015. Vol. 61. P. 213-219. doi:10.17221/156/2015-PSE.
62. X-ray microtomography analysis of representative elementary volume (REV) of soil morphological and geometrical properties / J. A. R. Borges, L. F. Pires, F. A. M. Cassaro, et al. // Soil and Tillage Research. 2018. Vol. 182. P. 112-122. doi:10.1016/j.still.2018.05.004.
63. Effects of no-tillage and conventional tillage on physical and hydraulic properties of fine textured soils under winter wheat / M. Castellini, F. Fornaro, P. Garofalo, et al. // Water. 2019. Vol. 11. P. 484. doi:10.3390/ w11030484
64. Assessing the long-term effects of zero-tillage on the macroporosity of Brazilian soils using X-ray Computed Tomography / M. V. Galdos, L. F. Pires, H. V. Cooper, et al. // Geoderma. 2019. Vol. 337. P. 1126-1135. doi:10.1016/j.geoderma.2018.11.031
65. Long-term analysis of soil water conservation and crop yield under different tillage systems in Mediterranean rainfed conditions / H. Lampurlanes, D. Plaza-Bonilla, J. Alvaro-Fuentes, et al. // Field Crops Research. 2016. Vol. 189. P. 59-67. doi:10.1016/j.fcr. 2016.02.010.
66. Effects of climate-smart agricultural practices on crop yields, soil carbon, and nitrogen pools in Africa: a meta-analysis / E. Kichamu-Wachira, Z. Xu, K. Reardon-Smith, et al. // J. Soils Sediments. 2021. doi:10.1007/s11368-021-02885-3.
67. The potential mechanism of long-term conservation tillage effects on maize yield in the black soil of Northeast China / S. Zhang, X. Chen, S. Jia, et al. // Soil and Tillage Research. 2015. 154. 84-90. http:// dx.doi.org/10.1016/j.still.2015.06.002.
68. Zero-tillage wheat provides stable yield and economic benefits under diverse growing season climates in the Eastern Indo-Gangetic Plains / A. Keil, A. Mitra, A. McDonald, et al. // International Journal of Agricultural Sustainability. doi:10.1080/1 4735903.2020.1794490.
69. Govaerts B., Sayre K. D., Deckers J. Stable high yields with zero tillage and permanent bed planting? // Field Crop Research. 2005. 94 (1). P. 33-42. https:// doi.org/10.1016/j.fcr.2004.11.003.
70. Soil properties and crop yields after 11 years of no tillage farming in wheat-maize cropping system in North China Plain / J. He, H. Li, R. G. Rasaily, et al. // Soil and Tillage Research. 2011. 113(1), 48-54. https://doi. org/10.1016/j.still.2011.01.005
71. Differential response from nitrogen sources with and without residue management under conservation agriculture on crop yields, water-use and economics in maize-based rotations / S. L. Jat,
C. M. Parihar, A. K. Singh, et al. // Field Crops Research. 2019. Vol. 236. P. 96-110. doi:10.1016/j.fcr. 2019.03.017.
Tillage and direct sowing: agrophysical properties of chernozems and yield of field crops
D. G. Polyakov
Institute of Steppe, Ural branch, Russian Academy of Sciences, ul. Pionerskaya 11, Orenburg, 460000, Russian Federation
Abstract. The enlargement of areas for no-till is a global trend in agriculture. There are concerns that the rejection of tillage will lead to excessive compaction and physical degradation of chernozem. The purpose of this work is to determine trends in the change in the agrophysical state and productivity of chernozems in case of tillage rejection according to the published results of field experiments carried out in the territory of the Russian Federation. The analysis includes publications with a combined study of deep tillage technologies (moldboard plough or deep loosening) and direct sowing with the duration of more than 2 years. Changes in bulk density of soil and reserves of productive moisture are discussed most often, changes in soil structure are studied much less often. 4s a rule, the refusal from the tillage is accompanied by the compaction of the topsoil. The density of leached chernozems with a humus content of more than 6% at primary tillage and direct sowing was 0.89-1.14 g/ cm3 and 0.96-1.15 g/cm3, respectively, leached low-humic chernozems - 1.00-1.36 g/cm3 and 1.07-1.39 g/cm3, ordinary chernozems - 0.96-1.21 g/cm3 and 1.02-1.26g/ cm3, southern chernozems - 1.06-1.22 g/ cm3 and 1.13-1.27g/cm3. The difference in the density of chernozems at no-till and tillage changes with the duration of the experiment. At the initial stage of implementation of no-till, there is sharp compaction of the soil in comparison with the tilled variants. Long-term use of no-till helps to reduce this difference, with a tendency to loosening. The structural and aggregate composition of chernozems with direct sowing often improves, negative examples are described only in the third year of using the technology. Moisture reserves in the spring increased in 61% of cases, decreased in 31% of cases, and there was no effect in 8% of cases. At the same time, the yield of crops under no-till decreased in 73% of experiments and increased in 24% of them. By the 6th-7th year, the difference in yield is gradually reduced.
Keywords: no-till; ploughing; bulk 3 density; equilibrium density; aggregate ® composition; crop yield. |
Author Details: D. G. Polyakov, Cand. rn Sc. (Biol.), senior research fellow (e-mail: ^ [email protected]). |
For citation: Polyakov DG [Tillage and (D direct sowing: agrophysical properties of chernozems and yield of field crops]. ( Zemledelie. 2021;(2):37-43. Russian. doi: 0 10.24411/0044-3913-2021-10208. 2
