CC BY
117
УДК 631.4
РОЛЬ СЕВООБОРОТОВ В СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПАХОТНОГО СЛОЯ ЧЕРНОЗЕМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАУРАЛЬЯ
Д.И. ЕРЁМИН, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
А.Н. МОИСЕЕВ, соискатель ГАУ Северного Зауралья E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью изучения влияния севооборотов на агрофизические свойства старопахотного чернозема выщелоченного. В условиях лесостепной зоны Зауралья зернопаровой севооборот не оказывает влияния на структурно-агрегатный состав пахотного слоя - коэффициент структурности составил 2,7...2,8 ед. при средневзвешенном диаметре агрегатов 3,6...3,7 мм; содержание водопрочных агрегатов 0,25.10 мм за ротацию несущественно снизилось с 51,5 до 49,2 %. За ротацию зернотравяного севооборота с занятым паром структурное состояние почвы ухудшилось - коэффициент структурности уменьшился на 10,9 % относительно первоначальных значений, а водоустойчивость агрономически ценных агрегатов снизилась с 50,0 до 47,8 %. Увеличение доли многолетних трав в севообороте положительно сказывается на структурно-агрегатном составе чернозема выщелоченного -коэффициент структурности за ротацию севооборота увеличился до 4,4 ед. В травопольном севообороте усиливается первичное структурообразование - за ротацию содержание агрегатов размером менее 0,25 мм сократилось с 44,3 до 35,3 %, а средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов увеличился с 1,7 до 2,0 мм, что соответствует параметрам целинного чернозема выщелоченного.
Ключевые слова: лесостепная зона, выщелоченный чернозем, структура почвы, севооборот, пашня, водоустойчивость агрегатов.
Севооборот это образец решения одной из основных задач современных систем земледелия - рационального использования пашни, наиболее эффективное средство стабилизации плодородия пахотных почв. Механические обработки и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур приводят к серьезным изменениям водного режима и физико-химических свойств почв, вовлеченных в сельскохозяйственный оборот [1, 2], что негативно отражается на их структурообразовании и приводит к ухудшению условий произрастания сельскохозяйственных культур.
Цель наших исследований - изучение влияния различных севооборотов на структурное состояние и водоустойчивость агрегатов пахотного слоя чернозема выщелоченного лесостепной зоны Зауралья.
Условия, материалы и методы. В опыте изучали севообороты, составленные из наиболее распространенных в сельскохозяйственной зоне Тюменской области культур и паров (табл.1). Учётная площадь опытного стационара 3,92 га (450x87 м). Повторность трехкратная.
Высевали сорта, зарегистрированные в северной лесостепи Тюменской области рекомендованными нормами высева. Система основной обработки почвы в севооборотах дифференцированная, разноглубинная.
Технологические операции по посеву, уходу и уборке общепринятые для лесостепной зоны Зауралья.
Почва опытного поля - чернозем выщелоченный, маломощный, тяжелосуглинистый с типичными для Западной Сибири признаками и свойствами (табл. 2) [3, 4]. Плотность сложения пахотного слоя (0...30 см) составляет 1,07...1,25 г/см3, подпахотного (30.50 см) -
1,38.1,40 г/см3.
Содержание гумуса в пахотном слое варьирует от 7,65 до 9,05 %, глубже - снижается до 4,41.2,0 %. Валовое содержание азота и фосфора в пахотном слое составляет 0,43.0,44 и 0,16.0,18 % соответственно. Степень насыщенности основаниями варьирует по профилю в пределах 89.95 %.
Структурно-агрегатный состав определяли методом сухого просеивания (по Савинову), водоустойчивость агрегатов - на приборе Бакшеева. Образцы отбирали во всех полевых повторениях в 6-и кратной повторности.
Результаты и обсуждение. Перед закладкой опыта участок характеризовался отличной оструктуренностью пахотного слоя - коэффициент структурности варьировал в пределах 2,5...2,8 ед., а средневзвешенный диаметр агрегатов - 3,0.3,6 мм (табл. 3). Количество агрегатов более 10 мм составляло 13,8.17,1 %, что соответствует глыбисто-комковатой структуре. Содержание мелкозема (<0,25 мм) варьировало в пределах
9,1.14,6 %. На долю наиболее ценных структурных отдельностей 5.10 и 3.5 мм приходилось 18,6.23,6 и 18,0.20,8 % соответственно.
После ротации зернопарового севооборота достоверного изменения структурно-агрегатного состава пахотного слоя не установлено — отклонение коэффициента структурности не превышало 2,5 % от первоначальных значений, что находится в пределах ошибки измерений. Определение средневзвешенного диаметра частиц также показало, что трансформация почвенных агрегатов происходит внутри фракций, составляющих агрономически ценную часть структуры (10.0,25 мм). Об этом же свидетельствуют результаты сухого просеивания, согласно которым отмечается увеличение доли фракции 3.5 мм с 18,5 до 20,6 %, при одновременном уменьшении количества частиц размером 1.2 мм с 12,2 до 10,7 %.
Освоение зернотравяного севооборота положительно сказалось на структурной организации пахотного слоя чернозема выщелоченного. За 4 года коэффициент структурности увеличился на 21,6 % и к 2010 г. достиг
3,1 ед. Средневзвешенный диаметр агрегатов остался на прежнем уровне - 3,0 мм. Анализ фракционного состава показал, что происходит значительная трансформация агрегатов: содержание частиц размером
Таблица 1. Схема опыта
Севооборот
Зернопаровой (№ 1) Зернотравяной (№ 2) Зернотравяной с занятым паром (№ 3) Травопольный (№ 4)
Пар ранний Клевер с донником + Однолетние травы Многолетние
однолетние травы поукосно озимая рожь травы 1 г.п.
Пшеница Донник с клевером Озимая рожь на зеленую Многолетние
поукосно оз. рожь массу травы 2 г.п
Пшеница Озимая рожь на зеле- Пшеница Многолетние
ную массу травы 3 г.п
Пшеница Пшеница Пшеница Многолетние
травы 4 г.п
Таблица 2. Характеристика чернозема выщелоченного опытного поля
Слой, см Плотность, г/см3 1у-мус, % Валовые, % V*, % Физическая глина (<0,01 мм), % МГ | НВ
сложе- ния твердой фазы азот фосфор % от объема почвы
0.10 1,07 2,47 9,05 0,44 0,18 91 46,8 10 40
10.20 1,13 2,45 9,00 0,45 0,18 90 45,3 11 39
20.30 1,25 2,55 7,65 0,43 0,16 89 36,2 11 41
30.40 1,40 2,66 4,41 0,21 0,11 92 46,5 12 29
40.50 1,38 2,6 2,00 0,18 0,10 90 47,5 10 27
*У- степень насыщенности почвы основаниями; МГ - максимальная гигроскопичность; НВ - наименьшая влагоемкость.
5.10 мм уменьшилось с 19,1 до 16,6 %, при этом доля фракции 3.5 мм увеличилась до 20,4 %. Это, на наш взгляд, объясняется действием корневых систем растений, занимающих первые три поля севооборота, которые также способствовали начальному струк-турообразованию агрегатов, о чем свидетельствует уменьшение доли мелкозема (<0,25 мм) с 14,6 до
10,4 % и увеличение количества агрегатов размером 0,25.2,00 мм с 25,2 до 28,2 %.
Зернотравяной севооборот с занятым паром, отличающийся от предыдущего отсутствием многолетних бобовых трав и наличием двух полей яровой пшеницы, негативно повлиял на структурную организацию пахотного слоя почвы. После его ротации коэффициент структурности снизился с 2,8 до 2,5 ед., или на 10,9 %, а средневзвешенный диаметр агрегатов увеличился с 3,3 до 3,6 мм (8,1 % относительно 2006 г.). Анализ результатов сухого просеивания показал, что за 4 года доля глыбистых агрегатов (>10 мм) выросла с 14,6 до 16,5 %, а содержание структурных отдельностей размером 5.10 мм достигло 26,7 %, тогда как перед закладкой опыта составляло 22,1 %. Тенденция оглы-бления высокогумусных почв - результат нарушения многолетнего цикла увлажнения и смещения водного баланса в сторону преждевременного иссушения пахотного горизонта [5].
Увеличение механической нагрузки, связанное с особенностями системы обработки зернотравяного с занятым паром севооборота, по сравнению с другими, способствовало распылению почвенных агрегатов, о чем свидетельствует увеличение доли фракции размером 1.0,25 мм с 8,9 до 12,4 %, тогда как количество мелкозема (<0,25 мм) осталось на прежнем уровне.
Травопольный севооборот наглядно демонстрирует тенденцию улучшения структурно-агрегатного состава пахотного слоя чернозема выщелоченного под действием многолетних трав. За ротацию коэффициент структурности увеличился более чем на 60 % и достиг к 2010 г. 4,4 ед., тогда как перед закладкой опыта составлял 2,7 ед.
Средневзвешенный диаметр частиц снизился с 3,3 до 2,7 мм (на 16,8 % относительно 2006 г.).
Доля глыбистой фракции (>10 мм) при сухом просеивании после ротации травопольного севооборота уменьшилась с16,0 до 10,8 % и достигла наименьшей величины среди изучаемых севооборотов. Сократилась также доля фракции 5.10 мм. К 2010 г. она
составляла 15,2 %, а перед закладкой опыта - 18,6 %.
Содержание агрегатов размером 2.5 мм за 4 года использования многолетних трав возросло с 33,0 до
40,9 %, что может положительно отразиться как на агрофизических, так и воднофизических свойствах почвы. По нашему мнению, это результат дезагрегации более крупных структурных отдельностей, содержание которых уменьшилось с 34,6 до 26 % тогда как доля мелкой фракции (1.2 мм) за годы исследований не менялась.
Положительное влияниетравопольного севооборота на структурное состояние пахотного слоя почвы прослеживается и в динамике мелкозема (<0,25 мм). Перед закладкой опыта его содержание на участке составляло
11,1 %, а уже к 2010 г. - 7,6 %, при одновременном увеличении доли агрегатов размерами 0,25...1 мм до
15,0 %, тогда как в 2006 г. она составляла 10,8 %. Это подтверждает факт первичного структурообразования в результате формирования гумусоподобных веществ под действием корневой системы многолетней травянистой растительности.
Содержание водоустойчивых агрономически ценных агрегатов (10.0,25 мм) в пахотном слое чернозема выщелоченного перед закладкой опыта (2006 г.) составляло 50,4.53,9 %, что соответствовало хорошей водоустойчивости (табл. 4), средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов - 1,7.1,8 мм. Количество неагрегированных частиц (<0,25 мм) варьировало в пределах 41,6.45,4 %, что свидетельствует о формировании неводопрочной структуры. На долю водопрочных глыбистых агрегатов (>10 мм) приходилось 4,2.4,5 %, тогда как при сухом просеивании их содержание было значительно выше - 13,8.17,1 %, что обусловлено смещением структурообразования в сторону формирования неводопрочных глыбистых агрегатов.
После ротации зернового и зернотравяного с занятым паром севооборотов содержание водоустойчивых агрегатов в пахотном слое снизилось на 4,5 и 5,2 % соответственно, при этом средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов увеличился на 5,2 и 8,9 %, достигнув 1,8 мм. Анализ результатов мокрого просеивания показал, что в зернопаровом севообороте ухудшается
водопрочность фракции 0,25.2,0 мм: в 2006 г. на ее долю приходилось 27 %, а к 2010 г. - 22,5 %, при этом количество неагрегированного материала (<0,25 мм)
Таблица 3. Влияние севооборотов на структурно-агрегатный состав пахотного слоя чернозема выщелоченного
Севооборот Размер агрегатов мм К * стр. СВД, мм
>10 1 5...10 1 2.5 1 2.1 0,25...1\ <0,25
Перед закладкой опыта (2006 г.)
Зернопаровой 17,1 23,6 26,5 12,2 11,5 9,1 2,8 3,6
Зернотравяной 13,8 19,1 27,3 14,4 10,8 14,6 2,5 3,0
Зернотравяной с
занятым паром 14,6 22,1 28,6 14,2 8,9 11,6 2,8 3,3
Травопольный 16,0 18,6 33,0 10,5 10,8 11,1 2,7 3,3
После ротации севооборотов(2010 г .)
Зернопаровой 18,8 22,2 28,2 10,7 12,2 7,9 2,7 3,7
Зернотравяной 14,2 16,6 30,6 16,4 11,8 10,4 3,1 3,0
Зернотравяной с
занятым паром 16,5 26,7 22,3 10,1 12,4 12,0 2,5 3,6
Травопольный 10,8 15,2 40,9 10,5 15 7,6 4,4 2,7
*Кстр - коэффициент структурности; СВД - средневзвешенный диаметр агрегатов при сухом просеивании, мм
Таблица 4. Водопрочность почвенных агрегатов чернозема выщелочен-
ного, %
Севооборот Размер агрегатов, мм 0,25... 10,0 СВД,
>10 1 10...5 1 5...3 1 2...1 1 1...0,25\ <0,25 мм мм
Перед закладкой опыта (2006 г.)
Зернопаровой 4,2 13,5 11 1S,6 S,4 44,3 51,5 1,7
Зернотравяной 4,5 14,2 11,3 20,2 S,2 41,6 53,9 1,S
Зернотравяной с за- 4,2 14,0 11,0 17,9 7,5 45,4 50,4 1,7
нятым паром
Травопольный 4,5 13 9,5 20,S 7,9 44,3 51,2 1,7
Зернопаровой 4,S 14,2 12,5 15,3 7,2 46,0 49,2 1,S
После ротации севооборотов (2010 г.)
Зернотравяной 4,S 15,5 12,2 1S,6 9,S 39,1 56,1 1,9
Зернотравяной с за- 6,5 12,S 10,3 15,5 9,2 45,7 47,S 1,S
нятым паром
Травопольный 4,2 1S,S 14,0 1S,4 9,4 35,2 60,6 2,0
возрастало до 46,0 %.
В зернотравяном с занятым паром севообороте механизм ухудшения водоустойчивости агрономически ценных агрегатов несколько иной. Содержание частиц менее 0,25 мм за ротацию не изменилось, следовательно, процессы дезагрегации под действием воды не усилились. Ухудшение произошло из-за формирования глыбистых водоустойчивых агрегатов (> 10 мм), доля которых увеличилась с 4,2 до 6,5 %. Это, на наш взгляд, обусловлено особенностями образования гумусовых веществ, оказывающих цементирующее действие, в условиях переменного увлажнения и иссушения.
Ротация зернотравяного севооборота положительно отразилась на водоустойчивости чернозема выщелоченного. Содержание структурных агрегатов 0,25.10,0 мм возросло с
53,9 до 56,1 %, средневзвешенный диаметр водоустойчивых агрегатов за четыре года увеличился с 1,7 до 1,8 мм. Доля неагрегированных частиц (<0,25 мм) снизилась с 41,6 до
39,1 %, что свидетельствует об усилении первичного структу-рообразования. Это также подтверждается увеличением содержания фракции размером 0,25.1,0 мм с 8,2 до 9,8 %.
Выращивание многолетних трав (травопольный севооборот) позволяет существенно улучшить водо-прочность почвенных агрегатов [6]. В наших опытах после ротации травопольного севооборота содержание водоустойчивых агрегатов размером 0,25.
10 мм возросло с 51,2 до
60,6 %, а их средневзвешенный диаметр увеличился, относительно 2006 г., на 18,9 % и достиг 2,0 мм. Доля неагреги-рованной фракции (<0,25 мм) снизилась с 44,3 до 35,2 %, что было наибольшим изменением среди изучаемых вариантов.
Многолетние травы не оказали влияния на глыбистую фракцию (>10 мм), ее содержание через четыре года оставалось на прежнем уровне - 4,2 мм. Наибольшему изменению подверглись фракции 5.10 и 3.5 мм, доля которых к 2010 г. достигла 18,8 и 14,0 % соответственно.
Выводы. Зернопаровой севооборот не оказывает значительно влияния на структурно-агрегатный состав чернозема выщелоченного: коэффициент структурности после его ротации составил 2,7.2,8 ед., средневзвешенный диаметр агрегатов - 3,6. ..3,7 мм; содержание водопрочных агрегатов 0,25.10 мм снизилось с
51.5 до 49,2 %.
Зернотравяной с занятым паром севооборот способствует ухудшению структурно-агрегатного состава чернозема выщелоченного: коэффициент структурности за его ротацию снизился на 10,9 % и достиг к 2010 г.
2.5 ед.; содержание водоустойчивых агрономически ценных агрегатов уменьшилось с 50,4 до 47,8 %.
Зернотравяной и травопольный севообороты оказывают положительное влияние на структурную организацию пахотного слоя чернозема выщелоченного: коэффициент структурности после их ротации составил
3,1 и 4,4 ед. соответственно.
Многолетние травы травопольного севооборота способствовали первичному структурообразова-ния - содержание агрегатов < 0,25 мм при мокром просеивании за 4 года снизилось с 44,3 до 35,3 %, а средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов увеличился с 1,7 до 2,0 мм.
Литература.
1. Рзаева В.В., Еремин Д.И. Изменение агрофизических свойств чернозема выщелоченного при длительном использовании различных систем основной обработки и минеральных удобрений в Северном Зауралье // Вестник Красноярского ГАУ. - 2010. -№ 3. -С. 60-66.
2. Абрамов Н.В., Ерёмин Д.И. Агрофизические свойства старопахотных выщелоченных черноземов Тобол-Ишимского междуречья Зауральского плато // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2007. - № 2. - С. 8-12.
3. Каретин Л.Н. Почвы Тюменской области. - Новосибирск: Наука, 1990. - 285 с.
4. Ерёмин Д.И. Агрогенные изменения водно-физических свойств черноземов выщелоченных восточной окраины Зауральского Плато//Известия Санкт-Петербургского аграрного университета. - 2010. - № 18. - С. 72-76.
5. Ерёмин Д.И. Агрогенная трансформация чернозема выщелоченного Северного Зауралья: дисс. ...д-ра биол. наук. - Тюмень. - 2012. - 452 с.
6. Васенев И.И., Абрукова В.В., Коновалов С.Н., Панина Н.А., Проценко А.А., Шульга П.С. Структурное состояние и физическая характеристика черноземов// Агроэкологическое состояние черноземов ЦЧО. -Курск. -1996. — С. 81-141.
ROLE OF CROP ROTATIONS IN THE STRUCTURAL ORGANISATION OF AN ARABLE LAYER CHERNOZEM OF LEACHED IN THE CONDITIONS OF A FOREST-STEPPE ZONE OF ZAURALYE
D.I. Eryomin, A.N. Moiseev
Summary. Researches were spent for the purpose of studying of influence of various crop rotations on agrophysical properties old plowing chernozem of leached. It has been established, that in the conditions of a forest-steppe zone of Zauralye grainfallow the crop rotation does not influence its structurally-modular structure of an plowing layer — the factor structure has made 2,7-2,8 at the average diameter of units of 3,6-3,7 mm; the content of aggregate stability of 0,25-10 mm for rotation has decreased with 51,5 to 49,2 % that is insignificant. Rotation gpain-gpass with annual grasses of a crop rotation promoted deterioration of a structural condition — the factor structure has decreased for 10,9 % concerning initial values, and water stability agronomy valuable aggregates has decreased with 50,0 to 47,8 %. The increase in a share of perennial grasses in a crop rotation positively affects structurally-modular structure of chernozem of leached — the factor structure for crop rotation has increased to 4,4 unins. The grasses crop rotation strengthens primary structurization — for rotation the content of aggregates in the size less than 0,25 mm have decreased with 44,3 to 35,3 %, and the average diameter of aggregate stability has increased with 1,7 to 2,0 mm that corresponds to values of virgin chernozem of leached. Keywords: forest-steppe zone; chernozem of leached; structure of soil; crop rotation; cropland; aggregate stability in water.
