CC BY
17
УДК 631.45:631.153.3:651.95
ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И ПРОДУКТИВНОСТЬ
КОРОТКОРОТАЦИОННЫХ СЕВООБОРОТОВ С САХАРНОЙ СВЕКЛОЙ
ДЕДОВ А.В.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой земледелия и агроэкологии ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ им. императора Петра I; e-mail: dedov050@mail.ru; тел. 89601093451
НЕСМЕЯНОВА М.А.,
кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель, кафедры земледелия и агроэкологии ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ им. императора Петра I; e-mail: marina-nesmeyanova2012@yandex.ru; тел.89202138224.
ХРЮКИН Н.Н.,
аспирант кафедры земледелия и агроэкологии ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ им. императора Петра I.
Реферат. В данной статье приведены результаты исследований кафедры земледелия Воронежского ГАУ по сохранению и повышению плодородия почвы, а также продуктивности короткоротационных севооборотов с сахарной свеклой. Исследования проводились в Эртильском районе Воронежской области на черноземе типичном, глинистом, с содержанием гумуса 6,7 % (в слое почвы 0-30 см). Возделывание сахарной свеклы осуществлялось в севообороте пар - озимая пшеница - сахарная свела - ячмень (контроль). В качестве изучаемых рассматривались севообороты с заменой чистого пара на сидеральный донниковый и эспарцетовый (травы 2-го года жизни), а также с занятым паром люцерной синей 2-го года жизни и бинарным посевом озимой пшеницы с люцерной синей 3-го года жизни. Кроме того, рассматривалась динамика изучаемых показателей по двум вариантам основной обработки почвы: отвальной и безотвальной. В ходе проводимых исследований определялось количество поступающих в почву растительных остатков, их качественный состав, скорость разложения, содержание гумуса в почве и продуктивность всего севооборота. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в севооборотах с применением приемов повышения плодородия почвы отмечается увеличение массы поступающих в почву растительных остатков (на 3,0-6,2 т/га), основная масса которых характеризуется узким соотношением C:N (15,1-28,9:1), что определяет высокую скорость их разложения (68,2-72,8 %). Совместный посев озимой пшеницы с люцерной синей обеспечивает увеличение скорости разложения соломистой биомассы на 6,5 %. В результате снижения темпов минерализации на вариантах с применением приемов повышения плодородия почвы отмечается увеличение содержания в почве гумуса на 0,1-0,4%. В общей сложности изучаемые приемы обеспечивают повышение продуктивности всего севооборота на 1,8-7% по сравнению с контролем. Из изучаемых приемов основной обработки почвы под сахарную свеклу рациональнее всего проводить вспашку на глубину 25-27 см, а под остальные культуры севооборота - дискование на 10-12 и 12-14 см.
Ключевые слова: севооборот, сахарная свекла, растительные остатки, разложение, органическое вещество, бинарные посевы, многолетние травы.
SOIL FERTILITY AND PRODUCTIVITY SHORT TURNOVER WITH SUGAR BEET DEDOV A.V.,
Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Head of the Department of Agriculture and Agroecology, Voronezh State Agrarian University Emperor Peter I; e-mail: dedov050@mail.ru; tel. 89601093451.
NESMEYANOVA M.A.,
Candidate of Agricultural Sciences, Senior Lecturer, Departments of Agriculture and Agroecology, Voronezh State Agrarian University Emperor Peter I; e-mail: marina-nesmeyanova2012@yandex.ru; tel. 89202138224.
KHRYUKIN N.N.,
Postgraduate Student of the Department of Agriculture and Agroecology Voronezh State Agrarian University Emperor Peter I.
Essay. This article deals with the results of studies of the Department of agriculture of the Voronezh state agricultural university for the preservation and increase of soil fertility and productivity in short rotation with sugar beet. The studies were conducted in Ertil district, Voronezh region on typical black soil layer with a hu-
mus content of 6,7 % (soil layer 0-30 cm). The cultivation of sugar beet was carried out in the rotation, the fallow was - winter wheat - sugar beet - barley (control). As the study addressed the rotation with replacement of pure fallow for green manure sweet clover and sainfoin (herbs of the 2nd year of life), as well as fallow with blue alfalfa of the 2-year life and binary sowing of winter wheat with blue alfalfa of the 3rd year of life. More than that, the dynamics of the studied parameters in two different ways primary tillage - moldboard and subsurface tillage - were considered. The ongoing research determined the amount of crop residuesentering the soil, their quality and composition, the rate of decomposition, the humus content in the soil and the productivity of the entire crop rotation. The obtained results allow to conclude that in crop rotations with the use of techniques of enhancing soil fertility, increasing mass entering the soil plant residues (3,0-6,2 t/ha), the bulk of the crop residues is characterized by a narrow ratio of C:N (15,1-28,9:1), which determines the high rate of decomposition (of 68,2-72,8 percent). Joint sowing of winter wheat with alfalfa blue provides the increase in speed of decomposition of the straw biomass up to 6,5 %. As a result of lower rates of mineralization for the application of techniques of enhancing soil fertility, increasing the content of humus in soil up to 0,1-0,4 %. In total, the studied methods ensure the productivity of the whole rotation of 1,8-7 % in comparison with the control one. The study of methods of basic soil tillage for sugar beet is to use plowing to the depth of 25-27 cm, and for other crops in the rotation is to use disking at 10-12 and 12-14 cm.
Keywords: crop rotation, sugar beet, crop residues, decomposition, organic matter, binary crops, perennial grasses.
Введение. Одной из задач агрономии является получение высоких и стабильных урожаев возделываемых культур при сохранении и повышении плодородия почвы, решение которой тесно связано с совершенствованием технологий их возделывания. Важным шагом при этом является проведение мероприятий, направленных на повышение содержания в почве органического вещества, к числу которых можно отнести введение в севообороты многолетних бобовых трав, использование на удобрение соломы зерновых культур, замену чистых паров на занятые (сидеральные), возделывание культур в совместных посевах [1-6].
Немаловажное значение для протекающих в почве процессов формирования основных свойств имеет основная обработка почвы [7-10], одной из задач которой является создание оптимальных условий роста и развития культурных растений, сохранение и повышение плодородия почвы.
Сахарная свекла - одна из высокозатратных сельскохозяйственных культур, требующая для формирования высоких урожаев применения интенсивных технологий, характеризующихся высокой энерго- и ресурсоемкостью. Поэтому сегодня поиск оптимальных комплексов приемов возделывания этой технической культуры, основанных на сохранении плодородия почвы и стремлении к энерго- и ресурсосбережению является довольно актуальным.
С целью установления степени и характера изменений показателей плодородия почвы и общей продуктивности короткоротационных севооборотов с сахарной свеклой под влиянием комплекса приемов биологизации и основной обработки почвы кафедрой земледелия Воронежского ГАУ были заложены стационарный и модельный полевые опыты в Эртильском районе Воронежской области.
Материал и методика исследования. Исследования проводились на черноземе типичном, глинистом. Содержание гумуса в пахотном слое
почвы - 6,7 %, рНсол. - 5,5, сумма обменных оснований - 24 мг-экв./100 г, содержание подвижного фосфора и обменного калия (по Чирикову) - 141 и 127 мг/кг почвы, гидролизуемого азота - 62,9 мг/кг почвы.
Опыт заложен в соответствии с общепринятой методикой [11]. Повторность трехкратная. Севообороты представлены всеми полями в пространстве.
Схема полевого опыта включала 4 вида севооборота и 2 вида основной обработки почвы под сахарную свеклу.
Фактор А:
1. Зернопаропропашной: чистый пар - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень (Контроль).
2. Сидеральный № 1: сидеральный пар (донник 2-го года жизни) - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень + донник.
3. Сидеральный № 2: сидеральный пар (эспарцет 2-го года жизни) - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень + эспарцет
4. Зернотравянопропашной: занятый пар (люцерна 2-го года жизни) - озимая пшеница + люцерна (3-го года жизни) - сахарная свекла - ячмень + люцерна.
Фактор В:
1. Отвальная вспашка на глубину 23-25 см.
2. Безотвальная плоскорезная обработка на глубину 23-25 см.
Под остальные культуры севооборота проводилось дискование на 8-10 и 10-12 см.
Массу растительных остатков определяли по Н.З. Станкову, общий гумус - по Тюрину. Уборку урожая зерновых культур в севооборотах проводили комбайном «Сампо», сахарной свеклы -вручную. Темпы разложения биомассы культур севооборотов определяли в модельном полевом опыте.
Исследования проводились в период 2009-2012 гг., которые характеризовались различной увлажненностью вегетационного периода. Так, первые
два года исследований (2009-2010) были слабозасушливыми (ГТК соответственно 0,7-0,9), а последующие два года (2011-2012) - избыточно-влажные (ГТК 1,4-1,6).
Результаты исследования. Важнейшим фактором в формировании запасов органического вещества почв являются растения, а точнее, поступающие в почву после их уборки растительные остатки [12], количество которых в нашем исследовании существенно зависело от вида севооборота, применяемых приемов повышения плодородия почвы и способа ее основной обработки.
Сахарная свекла является культурой высокопродуктивной, но с ее урожаем отчуждается большая часть биомассы, в результате чего она занимает одно из последних мест среди основных возделываемых в ЦЧР культур по поступлению в почву органического вещества [12]. В связи с этим на фоне наличия в контрольном зернопаропро-пашном севообороте чистого пара, на данном варианте отмечалось наименьшее поступление в почву растительных остатков возделываемых культур, причем по обоим вариантам основной обработки почвы под сахарную свеклу - в среднем 14,3 т/га.
Замена чистого пара на сидеральный обеспечила существенную прибавку массы поступающих в почву растительных остатков. Применение в качестве сидеральной культуры донника желтого второго года жизни сопровождалось повышением содержания биомассы растительных остатков в почве по сравнению с контролем на 5,3 т/га (по фону вспашки) и 4,2 т/га (по фону плоскорезной обработки). Сидеральный пар с эспарцетом второго года жизни характеризовался несколько меньшим увеличением поступления в почву растительных остатков - 3,4 и 3,0 т/га соответственно по фону отвальной и безотвальной обработки почвы.
Максимально высоким в опыте было поступление растительных остатков на варианте зерно-травянопропашного севооборота: 20,5 т/га на варианте со вспашкой и 19,8 т/га - при безотвальном рыхлении. Данные значения рассматриваемого показателя соответственно на 20 и 18 % превышали показатели севооборота с эспарцетовым сиде-
ральным паром, на 6 и 10 % - с донниковым сиде-ральным паром и на 44-39 % были выше показателей контроля.
Ценность поступающих в почву растительных остатков определяется не только их массой, но и скоростью разложения, которая зависит от вида биомассы и ее качественного состава.
В ходе проведенного исследования было установлено, что наибольшую скорость разложения имели послеуборочные остатки сахарной свеклы, которые разложились на 72,8 % (рисунок 1). Несколько медленнее разлагались растительные остатки многолетних бобовых трав: скорость разложения биомассы эспарцета составила 69,9 %, донника желтого - 68,2 %, люцерны синей - 67,7 %. Самой низкой скоростью разложения в нашем опыте характеризовались соломистые остатки зерновых колосовых культур: ячменя (54,7 %) и озимой пшеницы (54,0 %). При смешивании соломы озимой пшеницы с растительными остатками люцерны синей (зернотравянопропашной севооборот) скорость их разложения возросла на 6,5 % и составила 60,5 %.
Аналогичные результаты по скорости разложения растительных остатков были получены и другими авторами [5, 8].
Различная скорость разложения растительных остатков определяется их качественным составом, соотношением углерода к азоту (таблица 1). Наиболее узким соотношением характеризуются растительные остатки сахарной свеклы (15,1:1), что и обеспечило высокие темпы их разложения. Также сравнительно узким соотношением углерода к азоту (С:№) характеризуются растительные остатки многолетних бобовых трав - в пределах 25,128,9:1.
Солома зерновых культур в своем составе содержит от 0,73 до 0,85 % азота, в результате чего имеет довольно широкое соотношение С^ - более 55:1 и, соответственно, низкую скорость разложения. Бинарный посев озимой пшеницы с люцерной синей обеспечил сужение в соломе соотношения данных элементов до 30,6:1, что и повысило на 6,5 % скорость ее разложения.
Вариант опыта Содержание в растительных остатках, %
С N С : N
1. Озимая пшеница 47,1 0,85 55,4
2. Ячмень 44,4 0,73 60,8
3. Сахарная свекла 35,6 2,36 15,1
4. Люцерна (Л) 43,5 1,73 25,1
5. Эспарцет (Э) 45,4 1,57 28,9
6. Донник (Д) 46,3 1,64 28,2
7. Озимая пшеница + Л 42,2 1,38 30,6
НСР05 1,2 0,10
Таблица 1 - Содержание в растительных остатках различных культур углерода, азота и их соотношение
Рисунок 1 - Скорость разложения растительных остатков культур севооборотов с сахарной свеклой по слоям почвы (2010-2012 гг.)
85 80 75
1. Сахарная свекла 2. Эспарцет (Э) 3. Донник (Д) 4. Люцерна (Л) 5. Ячмень 6. Озимая пшеница 7. Озимая пшеница
+ Л
Культуры севооборотов
□ 0-10 □ (10-20) 020-30 00-30
Установленная нами зависимость скорости разложения растительных остатков от сложившихся погодных условий в отдельные годы исследования показала, что наиболее высокими темпы разложения были во влажные годы (2011-2012 гг.), когда гидротермический коэффициент за вегетационный период на 26 % превышал среднемного-летние значения. При засушливых условиях 2010 г. из-за недостатка влаги и избытке тепла скорость разложения растительных остатков существенно снизилась.
Важным показателем плодородия почвы является содержание в ней гумуса, величина которого в наших исследованиях существенно зависела от применяемых приемов повышения содержания в почве органического вещества и способов основной обработки почвы.
Наличие чистого пара в контрольном севообороте и связанные с этим агротехнические мероприятия по уходу за ним, а также междурядные обработки сахарной свеклы сопровождались интенсивной минерализацией органического вещества почвы, что привело к снижению запасов гумуса в пахотном слое почвы на 0,3 % (таблица 2) независимо от проведенной основной обработки почвы.
Введение в структуру севооборота многолетних бобовых трав в качестве как парозанимающих культур, так и бинарных компонентов озимой пшеницы снизило темпы минерализации органического вещества и обеспечило увеличение содержания гумуса в слое почвы 0-30 см по обоим приемам основной обработки почвы: на 0,1-0,2 % на варианте с донником желтым, на 0,2-0,3 % - на варианте с эспарцетом и на 0,3-0,4 % - на варианте с люцерной синей.
Информативным показателем существенности влияния изучаемых приемов является продуктивность севооборотов.
Сформированное под зернопаропропашным севооборотом (контроль) плодородие почвы обеспечило получение 5,3 и 5,4 т/га к.е. продукции соответственно по фону вспашки и безотвальной обработки.
Продуктивность сидеральных севооборотов с донником и эспарцетом составила соответственно 5,6-5,7 и 5,5 т/га к.е. В зернотравянопропашном севообороте с совместным посевом озимой пшеницы и люцерны синей продуктивность была максимальной: 5,75-5,78 т/га к.е., что было выше, чем в сидеральных севооборотах на 5 (эспарцет) и 1 -3 % (донник), а выше, чем на контроле на 7,0 %.
Таблица 2 - Содержание общего гумуса по слоям почвы севооборотов с сахарной свеклой при использовании различных приемов биологизации и способов обработки
_В процентах
Вид севооборота Слой почвы, см Содержание гумуса, %
2009 г. (исходное) 2012 г. 2012 г. к 2009 г. (+ -)
Зернопаро-пропашной (контроль) 0-10 6,7 6,6 6,3 6,2 -0,4 -0,4
10-20 6,7 6,6 6,4 6,2 -0,3 -0,4
20-30 6,7 6,6 6,5 6,5 -0,2 -0,1
0-30 6,7 6,6 6,4 6,3 -0,3 -0,3
Сидеральный (донник) 0-10 6,7 6,6 6,8 6,8 +0,1 +0,2
10-20 6,7 6,6 6,8 7,0 +0,1 +0,4
20-30 6,7 6,6 6,8 6,6 +0,1 0
0-30 6,7 6,6 6,8 6,8 +0,1 +0,2
Сидеральный (эспарцет) 0-10 6,6 6,6 6,7 6,9 +0,1 +0,3
10-20 6,5 6,5 о|оо +0,3 +0,5
20-30 6.4 6.5 6,6 6,6 +0,2 +0,1
0-30 6,5 6,5 6.7 6.8 +0,2 +0,3
Зернотравяно-пропашной 0-10 6,7 6,6 6,9 7,9 +0,2 +0,3
10-20 6,6 6,5 7,1 7,1 +0,5 +0,6
20-30 6.5 6.6 6,7 6,9 +0,2 +0,3
0-30 6,6 6,5 6,9 6,9 +0,3 +0,4
НСР05 частных различий 0,10 0,12
НСР05 севооборотов 0,05 0,06
НСР05 обработки почвы 0,04 0,05
НСР05 слоев почвы 0,05 0,06
Примечание: над чертой - вспашка на 23-25 см;
под чертой - безотвальное рыхление на 23-25 см.
Вывод. Применение в севообороте пар - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень рассматриваемого комплекса приемов повышения плодородия почвы (сидеральные пары с бобовыми травами, бинарные посевы, использование растительных остатков) и основной обработки почвы обеспечивает:
- увеличение поступления в почву количества растительных остатков на 3-5,3т/га на вариантах с сидеральными парами и на 5,5-6,2 - на варианте с бинарным посевом озимой пшеницы;
- повышение содержания гумуса в почве в конце ротации севооборота на 0,1-0,3 % - на вари-
антах с сидеральными парами и на 0,3-0,4 % - на варианте с занятым паром (люцерна);
- формирование более высокой продуктивности севооборота, которая на вариантах с сидераль-ными парами превышала контрольные показатели на 1,8-5,6 %, а на варианте зернотравянопропаш-ного севооборота - на 7 %;
В качестве способа основной обработки почвы под сахарную свеклу целесообразнее проведение отвальной обработки на 25-27 см.
Результаты исследований доказывают целесообразность введения в севообороты с сахарной свеклой многолетних бобовых трав и замены чистых паров сидеральными и занятыми.
Список использованных источников
1. Дедов А.В., Несмеянова М.А., Кузнецова Т.Г. Бинарные посевы в ЦЧР. - Воронеж, ВГАУ, 2015. - 140
с.
2. Скорость минерализации гумуса в черноземе выщелоченном / Н.И. Зезюков, А.В. Дедов, Н.И. Придво-рев, А.Н. Орел // Агрохимический вестник. - 2000. - № 3. - С. 14-17.
3. Несмеянова М.А. Плодородие чернозема типичного и урожайность подсолнечника при различных приемах биологизации и обработки почвы в лесостепи ЦЧР: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. - Воронеж, 2014. - 23 с.
4. Павлюченко А.У. Накопление и разложение растительных остатков в почве основных звеньев свекловичных севооборотов лесостепи Центрально-Черноземной зоны: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. - Воронеж, 1986. - 23 с.
5. Придворев Н.И. Научные основы оптимизации содержания органического вещества в черноземе выщелоченном: автореф. дисс. ... докт. с.-х. наук. - Воронеж, 2002. - 42 с.
6. Станков Н.3. Корневая система полевых культур. - М: Колос, 1964.- 280 с.
7. Трофимова Т.А. Влияние способов и глубины основной обработки чернозема обыкновенного на свойства почвы и урожайность культур: автореф. дис.... канд. с.-х. наук. - Воронеж, 1992. - 20 с.
8. Шикула Н.К., Назаренко Г.В. Минимальная обработка черноземов и воспроизводство их плодородия. - М.: Агропромиздат, 1990. - 318 с.
9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования). - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
10. Дедов А.А., Дедов А.В., Несмеянова М.А. Динамика разложения растительных остатков в черноземе типичном и продуктивность культур севооборота // Агрохимия. - 2016. - № 6. - С. 3-8.
11. Кирюшин В.И. О Белгородской модели модернизации сельского хозяйства и биологизации земледелия // Земледелие. - 2013. - № 1. - С. 3-6.
12. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 487 с.
13. Долгополова Н.В., Широких Е.В. Изменение запаса органического вещества чернозема типичного в зависимости от вида, эродированности и местоположения угодий // Региональный вестник. - 2015. - № 1. -С. 26-30.
14. Долгополова Н.В. Факторы плодородия в биологическом земледелии лесостепи Центрального Черноземья // Региональный вестник. - 2016. - № 2(3). - С. 27-29.
List of used sources
1. Dedov A.V., Nesmeyanova M.A., Kuznetsova T.G. Binary crops in the Central Black Earth Region. - Voronezh, VSAU, 2015. - 140 p.
2. The rate of humus mineralization in leached chernozem / N.I. Zezyukov, A.V. Dedov, N.I. Pridvorev, A.N. Eagle // Agrochemical Bulletin. - 2000. - № 3. - P. 14-17.
3. Nesmeyanova MA Fertility of typical chernozem and sunflower yield at various methods of biologization and tillage in forest-steppe Central Black Earth Region: author. diss. ... Cand. S.-H. sciences. - Voronezh, 2014. - 23 p.
4. Pavlyuchenko A.U. Accumulation and decomposition of plant residues in the soil of the main links of the beet-rooted crop rotations of the forest-steppe of the Central Black Earth Zone: author. diss. ... Cand. S.-H. sciences. - Voronezh, 1986. - 23 p.
5. Prydvorev N.I. Scientific basis for optimizing the content of organic matter in leached chernozem: author. diss. ... Dr. S.-H. sciences. - Voronezh, 2002. - 42 p.
6. Machine tools H.3. The root system of field crops. - M: Kolos, 1964. - 280 p.
7. Trofimova T.A. Influence of the methods and depth of the main processing of ordinary chernozem on soil properties and crop yield: author. dis ... Cand. S.-H. sciences. - Voronezh, 1992. - 20 p.
8. Shikula N.K., Nazarenko G.V. Minimal processing of chernozem and reproduction of their fertility. - M .: Agropromizdat, 1990. - 318 p.
9. Armor B.A. Methods of field experience (with the basics of statistical processing of research results). - M.: Agropromizdat, 1985. - 351 p.
10. Dedov A.A., Dedov A.V., Nesmeyanova M.A. Dynamics of decomposition of vegetative residues in typical chernozem and productivity of crop rotation // Agrochemistry. - 2016. - № 6. - P. 3-8.
11. Kiryushin V.I. About the Belgorod model of agricultural modernization and agricultural biologization // Farming. - 2013. - № 1. - P. 3-6.
12. Arinushkina E.V. Manual on chemical analysis of soil. - M.: Publishing House of Moscow. Un-ta, 1970. -487 p.
13. Dolgopolova N.V., Shirokikh E.V. Changes in the stock of organic matter of typical chernozem depending on the species, erosion, and location of land // Regional Bulletin. - 2015. - № 1. - P. 26-30.
14. Dolgopolova N.V. Fertility factors in biological agriculture of the forest-steppe of the Central Chernozem Region // Regional Bulletin. - 2016. - № 2 (3). - P. 27-29.
