CC BY
68
5. Методические указания по определению экономической эффективности удобрений и других средств химизации, применяемых в сельском хозяйстве. М. : Колос, 1979. 30 с.
6. Нормативы для определения потребности сельского хозяйства в минеральных удобрениях. М. : ЦИНАО, 1985. 338 с.
7. Составление проекта на применение удобрений : рекомендации / МСХ РФ. М. : ФГНУ «Росинфор-магротех», 2000. 154 с.
Лукин Андрей Сергеевич, кандидат экон. наук, доцент кафедры менеджмента, Вятский социально-экономический институт, lukin-andrey@mail.ru; Папы-рин Владимир Борисович, кандидат экон. наук, доцент кафедры менеджмента, Вятский социально-экономический институт.
5. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu ehko-nomicheskoj ehffektivnosti udobrenij i drugih sredstv himizacii, primenyaemyh v sel'skom hozyajstve. M. : Ko-los, 1979. 30 s.
6. Normativy dlya opredeleniya potrebnosti sel's-kogo hozyajstva v mineral'nyh udobreniyah. M. : CINAO, 1985. 338 s.
7. Sostavlenie proekta na primenenie udobrenij : Rekomendacii / MSKH RF. M. : FGNU "Rosinforma-grotekh", 2000. 154 s.
Lukin Andrey Sergeevich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Vyatka social and economic institute, lukin-andrey@mail.ru; Papyrin Vladimir Borisovich, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor,Vyatka social and economic institute.
Статья поступила в редакцию 14 марта 2016 г.
УДК 631.432:631.433:631.445.4(571.1) ГРНТИ 68.05.41 Л.В. Юшкевич, А.Г. Щитов, В.Л. Ершов
ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДНО-ВОЗДУШНОГО РЕЖИМА ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Представлены результаты наблюдений за агрофизическим состоянием черноземной почвы в длительном стационарном опыте в лесостепи Западной Сибири. Сравнивались системы обработки почвы в севообороте при выращивании яровых зерновых культур. Оптимальное (0,7-0,8) соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв к посеву зерновых при сложившейся плотности (1,04-1,08 г/см3) может быть достигнуто при увлажнении почвы до 36-40 %, что наблюдается после снеготаяния. Более целесообразно доведение плотности верхнего слоя к посеву до оптимальных параметров -1,10-1,15 г/см3. В этом случае увлажнение почвы до 30-32 % за счет проведения влагонакопительных агроприемов при минимизации обработки черноземных почв оптимизирует соотношение между воздухом и влагой к посеву зерновых культур.
Ключевые слова: система обработки почвы, предшественник, плотность почвы, пористость, урожайность.
L.V. Yushkevich, A.G. Shchitov, V.L. Ershov
OPTIMIZATION OF WATER-AIR REGIME CHERNOZEM SOILS OF FOREST-STEPPE OF WESTERN SIBERIA
Presents results of observations of the state of agrophysical chernozem soil in long-term stationary experiment in forest-steppe of Western Siberia. We compared tillage systems in rotation with the cultivation of spring crops. The optimum (0.7-0.8), the ratio between the air and the moisture in the upper layer of chernozem soil for sowing of grain at the current density (1.04-1.08 g/cm3) can be achieved when the soil moisture up to 36-40 % that observed after snowmelt. Furthermore it is advisable to bring the top layer density for seeding to the optimal parameters of 1.10-1.15 g/cm3. In this case, soil moisture up to 30-32 % at the expense of the moisture-accumulating processing while minimizing the processing chernozem soils optimizes the ratio between air and moisture for sowing crops.
Keywords: system of processing of the soil, predecessor, soil density, porosity, productivity.
© Юшкевич Л.В., Щитов А.Г., Ершов В.Л., 2016
Введение
Освоение на черноземных почвах лесостепи Западной Сибири ресурсосберегающих почвозащитных систем обработки почвы требует обоснования и комплексной оценки оптимальных параметров агрофизических свойств в условиях химизации земледелия. С изменением механической нагрузки на верхний слой черноземных почв, от применения удобрений и пестицидов нарастает масса растительных остатков на поверхности поля, что со временем влияет на элементы почвенного плодородия, снижает эродируемость, повышает содержание водопрочных агрегатов, оптимизирует плотность, водный режим и водопотребление на единицу продукции.
Агрофизическое состояние верхнего слоя черноземных почв непосредственно влияет на жизнедеятельность растений. Первичным и определяющим фактором всей физики почвы является ее плотность. С ней непосредственно связаны водный, тепловой и воздушный режимы почвы, она является значительным фактором плодородия. Для урожая вредна как рыхлая, так и переуплотненная почва, а ее оптимальное сложение создает наилучшие условия для жизни растений [6].
Установлено, что для жизнеобеспечения большинства зерновых культур важны не столько параметры сложения верхнего слоя, сколько оптимальное соотношение в нем фаз почвы, особенно при засушливости климата и дефиците водных ресурсов. Исследования агрофизических параметров показывают, что наиболее оптимальные для жизнедеятельности растений почвенные условия создаются при следующем соотношении фаз почвы: твердой - 43-44 %, жидкой - 34-35 % и газообразной - 21-23 % от объема почвы [1, 2, 3]. Данные исследования на черноземных почвах Западной Сибири крайне ограничены.
Цель исследований - установить влияние систем обработки на оптимизацию водно-воздушного режима в верхнем слое черноземных почв лесостепи Западной Сибири.
Объекты и методы
Исследования проведены в лесостепной почвенно-климатической зоне Омской области в длительном (с 1973 г.) стационарном зернопаровом севообороте отдела земледелия ФГБНУ СибНИИСХ в 2001-2010 гг.
Почва опытного участка лугово-черноземная среднемощная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса до 7-8 %. Плотность верхнего слоя составляет, в зависимости от варианта обработки почвы, - 0,90-1,15 г/см3, увеличиваясь вниз по профилю до 1,40-1,60 г/см3, а плотность твердой фазы соответственно - 2,50-2,59 и 2,60-2,70 г/см3. Общая пористость гумусового горизонта - 55-63 %, ниже она уменьшается до 40-50 %. В составе общей пористости преобладают микропоры менее 3 мк и активные капиллярные поры (60-3 мк). Емкость поглощенных оснований составляет 29,5-36,0 мг экв./100 г почвы, из них 80-90 % приходится на катион Са++. Засоление отсутствует (Рн водное 6,7-6,8).
Вегетационный период агроландшафта составляет 162-165 сут, сумма активных температур выше 10 °С - 1800-2000 °С. Среднегодовое количество осадков 350-400 мм, в том числе за вегетационный период 190-220 мм. Суховеи наблюдаются обычно в мае и в первой половине лета.
Агрофизические параметры верхнего слоя лугово-черноземной почвы на различных вариантах обработки почвы изучали по общепринятым методикам [3, 4, 5].
Результаты исследований
Установлено, что для местных черноземов оптимальные границы плотности почвы приближены к интервалу 1,0-1,2 г/см3. В.Н. Слесаревым (1984) данные параметры были уточнены, и оптимальная плотность для зерновых культур (пшеница, ячмень) составила 1,10 ± 0,10 г/см3 [7]. Урожайность зерновых на рыхлой (0,9 г/см3) и плотной (1,3 г/см3) почве снижается на 16-32 %. Даже при плотности, близкой к равновесному и оптимальному состоянию, повышение доли газообразной и снижение жидкой фазы в верхнем слое к посеву зерновых культур способствует, при недостаточном увлажнении и повышенной аэрации, ухудшению агрофизических параметров плодородия черноземных почв.
Наблюдения за водно-физическим состоянием верхнего слоя лугово-черноземной почвы свидетельствуют, что даже при периодическом отказе от основной обработки к посеву яровой пшеницы оптимального соотношения между воздухом и влагой не происходит, что свидетельствует о дефиците водных ресурсов (табл. 1).
Таблица 1
Соотношение твердой (т), жидкой (ж) и газообразной (г) фаз в почве на второй пшенице после пара, %
Основная обработка почвы
Слой Отвальная Плоскорезная Минимальная
почвы, на глубину на глубину на глубину
см 20-22 см 12-14 см 5-6 см
т ж г т ж г т ж г
После обработки
0-10 34 21 45 36 22 42 39 23 38
10-20 33 22 44 39 21 40 44 23 33
20-30 40 18 42 45 19 36 49 20 31
0-30 36 20 44 40 21 39 44 22 34
Перед посевом
0-10 30 25 45 29 25 46 29 27 44
10-20 34 27 39 35 28 37 37 28 35
20-30 45 28 27 46 29 25 48 30 22
0-30 36 27 37 37 27 36 38 28 34
Соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв во многом определяется приемом и глубиной основной обработки почвы, сезонностью и увлажнением. Осенью, после основной обработки почвы, вследствие недостаточного уплотнения (менее 1,0 г/см3) и увлажнения газообразная фаза в верхнем (0-30 см) слое существенно (в 1,52,2 раза) превосходит жидкую, причем соотношение между воздухом и влагой возрастает с уменьшением плотности почвы.
Так, при минимальной обработке соотношение составило 1,55, на плоскорезной -1,86, а на отвальной обработке достигало 2,20, причем с глубиной данное соотношение сужается.
К посеву яровой пшеницы соотношение фаз почвы относительно осенних показателей
изменяется в направлении некоторого увеличения твердой и жидкой и уменьшения газообразной в связи с усвоением невегетационных осадков и уплотнением верхнего слоя чернозема. Если количество жидкой фазы практически не изменяется по вариантам обработки почвы стерневого предшественника, то газообразная уменьшается с уплотнением с 37,0 до 33,7 %.
Полученные данные агрофизических параметров верхнего слоя лугово-черноземной почвы свидетельствуют о том, что оптимального соотношения между газообразной и жидкими фазами почвы не наступает. В отвальном варианте обработки почвы данное соотношение в пахотном слое 0-30 см наибольшее - 1,37, при плоскорезной обработке уменьшается до 1,33 и при минимальной снижается до 1,21. Относительно неблагоприятное соотношение между воздухом и влагой на стерневых фонах к посеву зерновых культур связано в основном с недос -таточным уплотнением (менее 1,15 г/см3), а вследствие этого - повышенной пористостью верхнего слоя, достигающей 58-62 %. Недостаток влаги весной и ограниченное количество невегетационных осадков приводят к посеву и вегетации культуры к излишнему содержанию газообразной фазы. Расчеты показывают, что при увлажнении, равном наименьшей влагоемкости (НВ), содержание воздуха в верхнем слое при оптимальном уплотнении может понижаться до 20-30 % от объема почвы.
Установлено, что применение приемов влагонакопления в засушливой степной зоне (снегозадержание, стерня высокого среза) на второй пшенице после пара повышает содержание жидкой фазы на 2,7-3,0 %, а в паровом поле с кулисами приближало ее соотношение к оптимуму (1 : 0,80) [8].
По паровому предшественнику, где условия увлажнения складываются в аридных территориях наиболее благоприятно, в верхнем слое черноземных почв соотношение между воздухом и влагой к посеву яровой пшеницы приближается к единице (табл. 2).
В конце парования технология обработки почвы оказывала заметное влияние на плотность и влажность верхнего слоя. Так, в варианте с отвальной обработкой пара, по типу раннего, плотность почвы в слое 0-30 см составила 0,98, при минимальной обработке -1,07 г/см3, пористость соответственно 62 и 56 %. Излишняя рыхлость и скважность обрабатываемого слоя в сочетании с недостаточным увлажнением (близкое к ВРК) способствовало,
Таблица2
Соотношение твердой (т), жидкой (ж) и газообразной (г) фаз в почве на пшенице после парового предшественника, %
Слой почвы, см Основная обработка почвы
Отвальная на глубину 20-22 см Минимальная на глубину 6-8 см
т | ж | г т | ж | г
После обработки
0-10 35 23 42 34 25 41
10-20 37 24 39 40 26 34
20-30 42 24 34 51 24 25
0-30 38 24 38 42 25 33
Перед посевом
0-10 39 31 30 38 33 29
10-20 37 28 35 39 29 32
20-30 42 27 31 43 26 31
0-30 39 29 32 40 29 31
как по отвальной, так и по минимальной обработке, неблагоприятному соотношению между воздухом и влагой (1,58 и 1,32 соответственно).
К посеву яровой пшеницы плотность и пористость верхнего слоя в результате увлажнения и объемных деформаций верхнего слоя практически не различалась по вариантам подготовки пара. Повышенная скважность почвы, несмотря на повышение увлажнения, способствовала снижению газообразной фазы до минимального варианта. В целом к посеву яровой пшеницы соотношение между воздухом и влагой с глубиной уменьшалось, и в слое 0-30 см составляло в отвальном варианте подготовки пара - 1,10, минимальном - 1,07.
Аналогичные исследования, проведенные при различных приемах обработки чистых и занятых паров, показали, что в чистом пару соотношение между воздухом и влагой перед посевом яровой пшеницы в слое 0-30 см составляло по вспашке - 1,07, мелкой плоскорезной обработке - 1,00 и минимальной - 0,89, то есть при минимизации обработки приближалось к оптимальным параметрам. В то же время в занятом (рапсовом) паровом поле перед посевом яровой пшеницы соотношение между воздухом и влагой по вариантам обработки пара составляло соответственно 1,37; 1,04 и 0,96. Данное соотношение в целом в связи с уменьшением плотности и весеннего увлажнения в поле с занятым паром повышалось с тенденцией оптимизации при минимизации обработки почвы.
В связи с внедрением в регионе интенсивных технологий возделывания зерновых культур и внесением измельченной соломы на поверхность поля важно установить их влияние
на оптимизацию водно-воздушного режима Таблица 3 в верхнем слое черноземных почв. Наблюдения показали, что в замыкающем поле зернопарово-го севооборота (ячмень) систематическое применение комплексной химизации способствовало при минимальной обработке увеличению растительных остатков в слое 0-20 см с 0,86 до 1,44 т/га (на 67,4 %), что в целом повлияло положительно на оптимизацию водно-физического состояния почвы к посеву культуры (табл. 3).
Систематическое применение средств химизации и измельченной соломы в варианте с отвальной обработкой положительных изменений в водно-физическом состоянии верхнего слоя к посеву ячменя не оказало. При минимальной обработке почвы, с оставлением основной массы растительных остатков на поверхности поля, количество жидкой фазы в слое 0-30 см возрастало до 30 % (на 10,7 %) при одновременном снижении газообразной с 29 до 25 %. В этом варианте соотношение между воздухом и влагой снижается до 0,81 и приближается к оптимальным параметрам.
Заключение
Таким образом, оптимальное (0,7-0,8) соотношение между воздухом и влагой в верхнем слое черноземных почв к посеву зерновых при сложившейся плотности (1,04-1,08 г/см3) может быть достигнуто при увлажнении почвы до 36-40 %, что наблюдается чаще после снеготаяния. Более целесообразно доведение плотности верхнего слоя к посеву до оптимальных параметров -1,10-1,15 г/см3. В этом случае увлажнение почвы до 30-32 % (близкое к НВ) за счет проведения влагонакопительных агроприемов и комплексной химизации при минимизации обработки черноземных почв оптимизирует соотношение между воздухом и влагой к посеву зерновых культур.
Список литературы References
1. К вопросу обеспеченности растений влагой 1. K voprosu obespechennosti rasteniy vlagoy i
и воздухом при различном уплотнении почв / А. Кана- vozduhom pri razlichnom uplotnenii pochv / A. Kanarake, раке, Р. Таллер // Почвоведение. 1962. № 5. С. 106-113. R. Taller // Pochvovedenie. 1962. № 5. S. 106-113.
Соотношение твердой (т), жидкой (ж)
и газообразной (г) фаз в почве перед посевом ячменя в зависимости от технологии возделывания, %
Основная обработка почвы
Слой почвы, Отвальная Минимальная
см на глубину 20-22 см на глубину 5-6 см
т ж г т ж г
После обработки
0-10 38 28 34 39 29 32
10-20 43 29 28 44 28 28
20-30 44 27 29 45 28 27
0-30 42 28 30 43 28 29
Перед посевом
0-10 37 29 34 39 30 31
10-20 42 30 28 45 31 24
20-30 44 28 28 47 31 22
0-30 41 29 30 44 31 25
2. Плотность почвы как фактор плодородия и некоторые особенности ее определения / Л.С. Рок-танэн // Плотность почвы и ее регулирование обработкой. Целиноград, 1973. С. 3-36.
3. Буянкин Н.И., Слесарев В.Н. Агрофизика и кинетика в минимизации основной обработки черноземов / Рос. акад. с.-х. наук. Калининград : Янтарный сказ, 2004. 160 с.
4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М. : Колос, 1973. 336 с.
5. О сущности понятия объемной массы и плотности почвы / В.Н. Слесарев // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1992. № 1. С. 3-5.
6. Научные основы минимальной обработки почвы / И.Б. Ревут // Земледелие. 1970. № 2. С. 17-23.
7. Слесарев В.Н. Агрофизические основы совершенствования основной обработки черноземов Западной Сибири : автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук : 06.01.01. Омск, 1984. 32 с.
8. Черепанов М.Е. Снегозадержание в почвозащитном земледелии Западной Сибири. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 1988. 160 с.
Юшкевич Леонид Витальевич, доктор с.-х. наук, профессор, СибНИИСХ, sibniish@bk.ru; Щитов Александр Григорьевич, канд. с.-х. наук, СибНИИСХ; Ершов Василий Леонидович, доктор с.-х. наук, профессор, Омский ГАУ, ershov-omgay@rambler.ru.
2. Plotnost pochvyi kak faktor plodorodiya i nekotoryie osobennosti ee opredeleniya / L.S. Roktanen // Plotnost pochvyi i ee regulirovanie obrabotkoy. Tselino-grad, 1973. S. 3-36.
3. Buyankin N.I., Slesarev V.N. Agrofizika i kinetika v minimizatsii osnovnoy obrabotki chernozemov / Ros. akad. s.-h. nauk. Kaliningrad : Yantarnyiy skaz, 2004. 160 s.
4. Dospehov B.A. Metodika polevogo opyita. M. : Kolos, 1973. 336 s.
5. O suschnosti ponyatiya ob'emnoy massyi i plot-nosti pochvyi / V.N. Slesarev // Sibirskiy vestnik selsko-hozyaystvennoy nauki. 1992. № 1. S. 3-5.
6. Nauchnyie osnovyi minimalnoy obrabotki pochvyi / I.B. Revut // Zemledelie. 1970. № 2. S. 17-23.
7. Slesarev V.N. Agrofizicheskie osnovyi sover-shenstvovaniya osnovnoy obrabotki chernozemov Zapadnoy Sibiri : avtoref. dis. ... d-ra s.-h. nauk : 06.01.01. Omsk, 1984. 32 s.
8. Cherepanov M.E. Snegozaderzhanie v pochvoza-schitnom zemledelii Zapadnoy Sibiri. Novosibirsk : Nauka. Sib. otd-e, 1988. 160 s.
Yushkevich Leonid Vitalyevich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Leading Researcher, Siberian Re-seaearch Institute of Agriculture, sibniish@bk.ru; Shchitov Alexander Grigoryevich, Candidate of Agricultural Sciences, Siberian Reseaearch Institute of Agriculture; Ershov Vasiliy Leonidovich, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Omsk SAU; agro.kaf@omgau.org.
Статья поступила в редакцию 11 марта 2016 г.
