CC BY
8УДК 631.445; 631.452
ПОЧВЕННО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В ЭКОСИСТЕМЕ «ПОЧВА - РАСТЕНИЯ»
В УСЛОВИЯХ ВЕРХНЕВОЛЖЬЯ
Н.В. Шрамко, к. с. - х. н. - ГНУ Ивановский НИИСХ Россельхозакадемии
E-mail: ivniiсx@rambler.ru
Показано решение проблемы рационального землепользования, биологизации севооборотов и структуры использования пашни в адаптивно-ландшафтном земледелии Верхневолжья.
Ключевые слова: севообороты, биологизация, растение, земледелие, гумус, структура пашни, оптимизация.
В опытах по изучению севооборотов, которые заложены в 2000 г., были поставлены следующие задачи: выявление комплекса показателей, характеризующих рациональное землепользование; оптимальное соотношение озимых и яровых в структуре зернового клина области; оценка севооборота в биологическом и экологическом его использовании; определение составляющих, оптимизирующих плодородие дерновоподзолистых почв. Исследования проводили в длительном стационарном опыте по схеме, представленной в таблице 1.
Почва - дерново-подзолистая, по механическому составу легко- и среднесуглинистая, типичная для региона. В слое почвы 0-20 см содержалось гумуса 1,561,65 %, подвижного фосфора 117-156 мг/ кг почвы, обменного калия 104-177 мг/ кг, рН 5,6-6,2, сумма поглощенных оснований 3,5-6,7 мг - экв./100 г., плотность сложения 1,25-1,32 г/см3.
Опыт заложен в трехкратной повторности. Общая площадь делянки 150-210 м2. Удобрения вносили весной под предпосевную культивацию. Способ уборки
- сплошной поделяночный.
Дисперсионный анализ результатов учета урожая проводили с помощью компьютерных программ, разработанных в лаборатории методики проведения опытов с удобрениями ВИУА (1979), экономической эффективности
- по методике Баздова и Глинки (1983), накопления обменной энергии - по Новоселову и др. (1989).
Дерново-подзолистые почвы теряют ежегодно до 2 т гумуса с 1 гектара, а это необходимо рассматривать как продукт нерационального земледелия, что ведет к дефляции и дегумификации почв, смыву питательных веществ, непродуктивному использованию солнечной радиации и другим негативным процессам. Например, ежегодные потери гумуса за счет естественной минерализации, дефляции других процессов на тяжелых и среднесуглинистых почвах составляют 0,6-1,3 т/га, на легких - 0,8-
1,4 т, в чистом пару - 1,2-1,3 т, в сиде-ральном- 0,0 + 1,0 т, после многолетних трав - +1,8 - 3,0 т/га. Главная причина такого явления - крайне недостаточное внесение органических (1,0 -1,5 т/ га) и минеральных (20 -25 кг/га) удобрений, что в 10-15 раз меньше требуемого. Поэтому восполнение почвы другими видами органического вещества, кото-
рые не требуют больших материальных затрат на их производство и внесение, - весьма актуальная тема.
В сложившихся социально-экономических условиях, когда резко снизилось внесение минеральных удобрений, возросла их стоимость, а внесение органических удобрений стало высокозатратным, в арсенале земледельца остаются биологические факторы восстановления плодородия почвы: максимальное использование симбиотической азотофиксирующей способности бобовых культур; рациональное использование пожнивных и корневых остатков; зеленые удобрения, которые рассматривают как источник азота и зольных элементов для питания растений, энергетический материал для микроорганизмов, исходный материал для образования гумуса (табл. 2).
Многолетние травы, особенно бобовые, служат хорошим источником пополнения почвы органическим веществом и, благодаря работе клубеньковых бактерий, являются биологически чистым азотом. После их уборки в почве остается от 6 до 17 т/га и более корневых и пожнивных остатков, в составе которых содержится 150-260 кг/га фиксированного биологического азота.
Другое немаловажное звено экологизации земледелия - возделывание промежуточных, пожнивных и сидеральных культур, которые заметно дополняют экологическую функцию сеяных многолетних трав. Их зеленую массу используют как в качестве корма животным, так и на зеленое удобрение. В последнем
случае происходит значительное пополнение почвы органическим веществом, а при его минерализации - микро- и макроэлементами. Кроме всего прочего, сидеральные культуры выполняют фитосанитарные функции: снижают засоренность и патогенность в последующих посевах.
Для решения комплекса проблем: сколько и каких трав надо иметь в структуре пашни, имея при этом высокую ее продуктивность, каково должно быть соотношение яровых и озимых культур - была проведена серия стационарных опытов по изучению севооборотов и агротехнике возделывания трав (табл.1). Исследования ведут в полевых севооборотах, имеющих в структуре посева 33 %, 40 % и 50 % многолетних бобовых трав. Изучают такие травы, как донник белый, клевер полевой, горчица белая, редька масличная и другие.
1. Схема стационарного опыта по изучению севооборотов
Севообороты (фактор А) 3-польный зернотравяной: 33 % бобовых трав 5-польный зернотравяной: 40 % бобовых трав 6-польный зернотравяной: 50 % бобовых трав
Чередование культур в севооборотах 1. Донник белый 2. Озимая рожь (пожнивно рапс) 3. Овес + донник 1. Ячмень + клевер 2. Клевер 1 г.п. 3. Клевер 2 г.п. 4. Озимая рожь (пожнивно сурепица) 5. Горчица белая 1. Донник белый 2. Яровая пшеница + клевер 3. Клевер 1 г.п. 4. Клевер 2 г.п. 5. Озимая рожь (пожнивно рапс) 6. Овес + донник
Технологии (уровни питания) Фактор В Е Н И Е Н И Е Н И
Е -Естественный уровень плодородия (без удобрений)
Н - Поддерживающий - NPK на продуктивность севооборота в 2,0-2,5 тыс. корм. ед./га И - Интенсивный - NPK на продуктивность севооборота в 3,0-3,5 тыс. корм. ед./га
g/iafaiMipckiii ЗемлеШецъ
№ 2 (56) 2011
Например, поступление разного количества надземных и подземных растительных остатков в почву и их минерализация неодинаково влияли на накопление гумуса по различным севооборотам и технологиям. Расчеты показывают, что в шестипольном севообороте, где три поля (50 %) были заняты бобовыми травами, накопление гумуса было наибольшим: по экстенсивной технологии (естественный уровень питания) гумуса составило около 300 кг/ га, по поддерживающей - 470 кг/га, по интенсивной - 780 кг/га. В пятипольном севообороте, где возделывали клевер луговой в двух полях, эти показатели составили: интенсивная технология обеспечила прирост гумуса - 800 кг/га, поддерживающая - 470 кг, экстенсивная - 3l0 кг/га. Заметно ниже изменение накопления гумуса было в трехпольном севообороте: по экстенсивной технологии - 80 кг/га, интенсивной - 280 кг и поддерживающей - 110 кг/га. Объясняется это тем, что интенсивная и поддерживающая технологии обеспечили прирост гумуса за счет более высокой продуктивности ПКО и надземной массы бобовых трав и их большего удельного веса в структуре 5-6-польных севооборотов (40-50 %).
Целостное представление изменения гумуса в изучаемых севооборотах представлено в таблице 3. Насыщение полевых севооборотов многолетними бобовыми травами на 40-50 % севооборотной площади ведет не только к приостановлению деградационных процессов плодородия почвы, но к его увеличению. То есть, баланс гумуса в изучаемых севооборотах положителен.
Тесную связь с содержанием в почве органического вещества имеют ее физические свойства. Благодаря деятельности почвенной биоты происходит минерализация органического вещества почвы с образованием различных органических кислот, при помощи которых склеиваются мелкие частицы почвы в более крупные, формируя таким образом агрегаты водопрочной структуры. Например, в трехпольном севообороте содержание водопрочных агрегатов было от 49,6 до 51,2%, в пятипольном от 50,8 до 52,7, в шестипольном от 51,3 до 53,8 %.
Оценивая продуктивность севооборотов, можно сказать, что внедрение приемов биологизации в экспериментальные варианты чередования культур позволило даже в аномально-острозасушливом 2010 г. получить продуктивность 1 га севооборотной площади не ниже предыдущих лет. При этом продуктивность 1 га севооборотной площади с учетом внедрения приемов биологизации (травы) и интенсификации (удобрения) способствует увеличению продуктивности пашни свыше 35% (табл. 4).
Экономические расчеты показали, что наиболее эффективным был пятипольный севооборот с 40-процентным насыщением многолетними бобовыми травами (уровень рентабельности составил по
2. Продуктивность бобовых трав на дерново-подзолистых почвах Верхневолжья (среднее за 2006-2010 гг.)
Культура Урожайность, т/га Надземная масса + ПКО, т/га Накопление симбиотического азота, кг/га
Надземной массы ПКО**
Донник белый 2,8 - 4,5 3,1 - 5,2 5,9 - 9,7 200 - 250
Клевер луговой 2,9 - 5,1 4,4 - 6,1 7,3 - 11,2 220 - 260
Редька масличная 4,0 - 7,9 5,6 - 9,7 9,6 - 17,6 *220 - 280
Горчица белая 2,5 - 4,4 т—1 LO 1 6,9 - 9,5 *150 - 180
* Азот в массе ПКО
** ПКО - пожнивно-корневые остатки в зависимости от технологии возделывания культуры.
3. Динамика содержания гумуса по севооборотам и технологиям возделывания
Агрофон технологии Исходное содержание гумуса, 2000 г. Севооборот, после 10 лет опытов, 2010 г.
3-польный, 33 % бобовых трав 5-польный, 40 % бобовых трав 6-польный, 50 % бобовых трав
Естественный 1,54 1,54 1,59 1,57
Поддержи- вающий 1,54 1,56 1,57 1,58
Интенсивный 1,54 1,56 1,68 1,60
4. Динамика продуктивности севооборотов в зависимости от их насыщения бобовыми травами
Севооборот Агро- фон* Продуктивность по годам, ц зерновых единиц Сред- нее Увеличение (>), уменьшение (<) продук- тивности пашни, %
2006г. 2007г. 2008г. 2009г. 2010г.
3-польный: 33 % бобовых трав 1. Донник 2.Озимые (рожь, пшеница) 3. Овес + донник Е 22,0 19,5 24,1 20,4 21,0 21,4 > 35-60
Н 30,1 28,8 33,6 28,3 27,8 29,7
И 36,4 32,2 37,0 38,1 34,4 35,6
5-польный: 40 % бобовых трав 1. Ячмень + клевер 2.-3.Клевер 1 г.п. и 2 г.п. 4. Озимые (рожь, пшеница) 5. Горчица Е 24,6 20,0 21,9 19,5 22,2 21,6 > 37-63
Н 32,6 28,0 31,1 26,0 30,1 29,6
И 36,9 32,6 34,5 34,3 37,6 35,2
6-польный: 50 % бобовых трав 1. Донник 2. Яр. пшеница + клевер 3.-4. Клевер 1 г.п. и 2 г.п. 5. Озимые (пшеница, рожь) 6. Овес + донник Е 28,5 18,5 24,0 19,0 24,1 22,8 > 38-69
Н 38,2 28,1 33,6 26,0 31,7 31,5
И 43,2 31,9 37,6 33,6 38,9 37,0
Е - естественный агрофон; Н - поддерживающий (нормальный); И - интенсивный
5. Влияние паровых предшественников на изменение содержания гумуса и урожайность озимой ржи на дерново-подзолистых почвах
Предшественник, парозанимающая культура Изменение содержания гумуса, кг/га, +, - Урожайность, ц/га
без удобрений NРК
Чистый пар - 540 39 48
Занятый пар + 97 44 47
Сидеральный пар + 630 46 52
Комбинированный пар + 320 48 53
нормальной технологии возделывания 60 %, по интенсивной - 88,5%, условный чистый доход - 4406 и 7252 рублей соответственно). Кроме этого, биологизированная система земледелия позволяет снизить потребность в минеральных удобрениях. Например, по Ивановской области на 20-25%, а это 7-7,5 тыс. т минеральных удобрений в действующем веществе, или 23-25 тыс. т в физической массе, что позволит сократить расходы на приобретение минеральных удобрений на 200-250 млн. руб.
Развивая тему биологизированных севооборотов на основе применения приемов сидерации при внедрении энергосберегающих технологий, необходимо отметить еще ряд принципиальных моментов. Опыт показывает, что использование только плодосмена, без парового поля, ориентированного на восстановление почвенного плодородия, делает производство зерна менее стабильным. Например, используя дерново-подзолистые почвы Верхневолжья под различными парами, в течение 2010 г. невосполнимые потери гумуса при использовании почвы под чистым паром составили 540 кг/га, в занятом пару эти потери практически отсутствовали, а при использовании почвы под сидеральным паром запасы гумуса пополнились на 630 кг/га (табл.5).
Такие потери гумуса в чистом пару произошли за счет процессов минерализации органического вещества, смыва и биологической эрозии почвы. Что касается сидерального пара - он является лучшим вариантом по сохранению органического вещества за счет поступления в почву зеленого органического удобрения в виде сидератов. Поэтому важную роль в повышении продуктивности севооборота играет вид используемого пара. В Верхневолжье используют в основном чистые пары, но, как показывают исследования, ограничиваться использованием только их в качестве основного предшественника озимых вовсе не обязательно. Хорошо зарекомендовали себя сидеральные, занятые и комбинированные пары, которые по эффективности обогащения почвы органическими остатками и накоплениею гумуса выгодно отличаются от чистых паров. Кроме этого, даже в условиях крайне засушливого 2010 г. в опытах по паровым предшественникам (чистый, занятый, сидеральный и комбинированные пары) получено от 48 до 53 ц/га озимых культур по удобренному фону и от 35 до 46 ц/га по неудобренному. В производственных посевах института рожь дала более 40 ц/ га, озимая пшеница несколько ниже - 3032 ц/га, в то время как яровая пшеница всего 10-15 ц/га.
Получение высоких и устойчивых урожаев озимых культур связано с применением всего комплекса агротехнических мероприятий, с учетом их биологических особенностей, например, размещение озимых по чистому, сидеральному и занятому парам и, частично, по пласту многолетних трав.
В условиях засушливого вегетационного периода наиболее привлекательным и приемлемым полем является чистый пар. В течение летнего времени рачительному хозяину удается сделать 2-3 обработки в чистом пару и тем самым подготовить поле к посеву озимых. Пере-сушенность и разрыхленность верхнего слоя почвы, которая имеет место при засушливости летнего периода, пусть не пугает земледельца в определении сеять или нет. Ответ здесь однозначен
- проводить посев озимых по такому предшественнику надо. В чистом пару есть возможность хорошо подготовить посевное ложе, которое сохраняет увлажненность нижних горизонтов почвы, а после посева и при обязательном прикатывании велика вероятность подтягивания влаги нижних горизонтов, которая обеспечит дружное прорастание семян. Но для большей уверенности возможен посев озимых после выпадения осенних осадков, которые, соединяясь с нижним увлажнением, обеспечат нормальное развитие озимых культур. Единственное условие - соблюдение рекомендаций по нормам высева в зависимости от отклонения от оптимальных сроков посева. В таких случаях необходимо придерживаться правила
- увеличивать норму высева от 10 до 20 % от оптимальной. При этом отклонение на 5-10 дней требует увеличения нормы высева на 10 %, более - на 20%. Агротехника сидеральных и занятых паров, их подготовка в засушливых условиях года и посев озимых культур по ним зависит от реального состояния почв. Желательным условием служит ожидание осадков, которые дадут возможность на этих фонах эффективно использовать перед посевом такие орудия, как дискаторы в комплексе с боронами, орудия плоскорежущего типа - КПЭ-3,8, кПш-8, КПС-4, БДТ-3 и другие, соблюдая при этом в обязательном порядке внесение минеральных удобрений вместе с посевом и послепосевное прикатывание.
При использовании пласта многолетних трав его подъем, как правило, проводят за 3-4 недели до посева. Убирают
обычно травостой многолетних трав в фазе бутонизации - начале цветения, что позволяет получать качественное сено, а своевременная разделка дернины и ПКО обеспечивает накопление в почве питательных веществ и влаги. То есть, те условия засушливости, которые бывают и сейчас, все чаще проявляются далеко не в пользу пахоты, которая, как правило, используется при обработке пласта многолетних трав. Глыбистость, которую делает отвальная обработка почвы в засушливых условиях, затрудняет довести посевной слой до оптимальных условий. Пересушенность всего обрабатываемого слоя, низкая производительность и большие затраты на проведение вспашки, сильная минерализация органического вещества почвы - все это бесцельные затраты, по крайней мере, для засушливого года. Минимизированность обработок пласта многолетних трав (орудиями поверхностной обработки БДТ, дискаторы, РБР и др.), применение реальных сроков и норм высева - вот главные составные получения хороших всходов озимых по этому предшественнику в аномально условиях аномально засушливого лета.
Одним из основных резервов роста производства зерна в Верхневолжском регионе должно стать совершенствование структуры посевных площадей с увеличением в ней озимых до 20-25 %, при эффективном использовании для этих целей паровых предшественников и пласта многолетних трав.
Таким образом, разработаны приемы оптимизации севооборотов и структуры использования пашни с использованием агротехнических и биологических факторов в адаптивно-ландшафтном земледелии Верхневолжского региона Нечерноземной зоны, которые включают насыщение севооборотов бобовыми и злаковыми культурами, а также использование различных паров, обеспечивающих повышение продуктивности пахотных земель на 30 % и способствущих повышению рентабельности производства растениеводческой продукции.
N.V. Shramko. SOIL-BIOLOGICAL PROBLEMS IN AN ECOSYSTEM "SOIL-PLANTS" IN THE CONDITIONS OF VERHNEVOLZHJE.
The solution of a problem of rational land tenure, biological methods in crop rotations and structure of use of an arable land in adaptive-landscape agriculture of Verhnevolzhje is shown.
Keywords: crop rotations, biological methods, a plant, agriculture, humus, arable land structure., optimization.
