CC BY
8
УДК 504.3.054:630:385(470.45) DOI 10.24411/0235-2516-2019-10070
СОДЕРЖАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПИТАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В СВЕТЛО-КАШТАНОВОЙ ПОЧВЕ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИЕМОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
А.Н. Сарычев, к.с.-х.н.
Волгоградский государственный аграрный университет, e-mail: zeit1@ya.ru
Представлены результаты многолетних исследований по изучению комплексного влияния полезащитных лесных насаждений и приемов обработки почвы на содержание продуктивной влаги, обеспеченность гидролизуемым азотом, подвижным фосфором, подвижным калием и продуктивность озимой пшеницы на светло-каштановых почвах Волгоградской области. Установлено, что на опытном участке с полезащитными лесными полосами (ПЗЛП) в период возобновления вегетации озимой пшеницы содержание гидролизуемого азота самое высокое на расстоянии 15Н (Н - высота лесной полосы) от ПЗЛП - 45,3 мг/кг, подвижного фосфора и калия на расстоянии 5Н от ПЗЛП 17,2 и 327,8 мг/кг соответствен. Больше всего продуктивной влаги накапливается и сохраняется в период вегетации в зонах наибольшего влияния ПЗЛП на расстоянии от 5 до 15Н. Эти особенности защищенного агроландшафта оказывают непосредственное влияние на формирование продуктивности возделываемой культуры. Самая высокая урожайность формируется на расстоянии от 5 до 15Н от ПЗЛП, в среднем за 11 лет исследований она составила 2,06 т/га, что больше чем на незащищенном агроландшафте на 0,39 т/га. Наиболее эффективная обработка почвы была комбинированная обработка, которая обеспечила накопление продуктивной влаги в фазе возобновления вегетации на уровне 116,5 мм, обеспеченность гидролизуемым азотом 43,4 мг/кг, подвижным фосфором 16,4 мг/кг, подвижным калием 314,5 мг/кг почвы. Урожайность озимой пшеницы на этом варианте составила в среднем за 20082018 гг. в условиях защищенного агроландшафта 2,17 т/га, без защитных насаждений 1,88 т/га.
Ключевые слова, озимая пшеница, полезащитная лесная полоса, светло-каштановая почва, обработка почвы, минеральное питание, Волгоградская область.
MAIN WINTER WHEAT NUTRIENTS CONTENT IN LIGHT-CHESTNUT SOIL UNDER INFLUENCE OF THE FIELD-PROTECTIVE FOREST BELTS IN DEPENDENCE OF SOIL TREATMENT TYPES
Ph.D. A.N. Sarychev
Volgograd State Agrarian University, e-mail: zeit1@ya.ru
The article presents the results of long-term research to study on the combined effect offield protective forest belts and soil tillage methods on the productive moisture content, the hydrolytic nitrogen, mobile phosphorus mobile potassium and the winter wheat productivity on the light chestnut soils of the Volgograd region. It was found that in the experimental site under the field-protective forest belts (FPFB) with the resumption of winter wheat vegetation, the content of hydrolyzed nitrogen is the highest at a distance of 15Hfrom FPFB - 45.3 mg/kg, mobile phosphorus and potassium at a distance of 5H from FPFB - 17.2 and 327.8 mg/kg, respectively, the most productive moisture accumulates and remains during the growing season in the areas of the greatest influence of FPFB at a distance of 5-15H. These features of the protected landscape have a direct impact on the productivity cultivated crops formation. The highest yield is formed at a distance from 5 to 15H from FPFB, on average for 11 years of research it was 2.06 t/ha, which is more than in the unprotected agricultural landscape by 0.39 t/ha. The most effective soil tillage is a combined soil tillage, which provided the accumulation of productive moisture in the phase of vegetation resumption at the level of 116.5 mm, providing hydrolyzed nitrogen 43.4 mg/kg, mobile phosphorus 16.4 mg/kg, mobile potassium 314.5 mg/kg. The average winter wheat yield under this option on for 2008-2018 in the protected agricultural landscape was of 2.17 t/ha, without protective plantations of 1.88 t/ha.
Keywords. winter wheat, protective forest belt, light chestnut soils, tillage, mineral nutrition, Volgograd region.
Озимая пшеница - основная сельскохозяйственная культура в Волгоградской области, а для южных и заволжских районов области является фактически
монокультурой, поскольку только она обеспечивает гарантированное получение урожая в условиях недостаточного увлажнения на низкоплодородных
каштановых и светло-каштановых почвах. Ежегодно под посев этой культуры в области отводится до 1,5 млн. га пашни, а валовой сбор в отдельные годы достигает 5 млн. т. Главными лимитирующими факторами для формирования продуктивности озимой пшеницы в условиях подзоны светло-каштановых почв являются почвенная влага и обеспеченность основными макроэлементами: азотом и фосфором. В связи с этим возделывание пшеницы ведется в ко-роткоротационных парозерновых севооборотах, в которых пшеницу высевают по чистому пару. Поле чистого пара в условиях недостаточного увлажнения способствует накоплению за вегетационный период влагозапасов к началу сева озимых культур, уменьшает засоренность сорными растениями, за счет минерализации гумуса обеспечивает питательными элементами. Вместе с тем увеличение в севообороте доли парового клина приводит к активному развитию эрозионных процессов (водная эрозия и дефляция), снижению плодородия почвы в результате интенсивной минерализации гумуса и нарушению структуры почвенного покрова за счет интенсивных обработок во время ухода за паром [1-4]. Мощным фактором, сдерживающим развитие эрозионных процессов, считается создание полезащитных лесных полос (ПЗЛП). Исследования российских и зарубежных ученых подтверждают эффективность ПЗЛП не только в борьбе с эрозионными процессами, но и в улучшении микроклимата на межполосном пространстве, водного и пищевого режимов почвенного покрова [3, 5-12].
Обработка почвы - технологический процесс, значительно влияющий на агрофизические и агрохимические показатели почвенного покрова. Активное воздействие рабочих органов сельскохозяйственных машин и орудий на почву, необоснованное увеличение количества проходов техники по полю зачастую приводит к разрушению структуры почвы и тем самым возникновению деградации. Кроме того обработка почвы - один из самых энергозатратных агроприемов, поэтому внедрение экономичных технологий возделывания сельскохозяйственных культур весьма актуально. Анализ исследований отечественных ученых за последние годы свидетельствует о том, что многие из них склоняются к внедрению технологий, основанных на применении комбинированных многооперационных орудий или полному отказу от применения почвообрабатывающих орудий. [2, 13-15] Однако существенные различия природно-экологических и почвенных условий на территории Волгоградской области создают особые требования к созданию комплексов энергосберегающих, почвозащитных систем обработки, адаптированных к особенностям конкретной почвенно-климатической зоны.
Цель исследования - изучение влияния полезащитных насаждений и приемов основной обра-
ботки почвы на агрофизические, агрохимические свойства светло-каштановой почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур в сухостеп-ной зоне Волгоградской области.
Методы. Объектом исследования был полевой агрофитоценоз под защитой лесных полос. В 2007 г. был заложен полевой опыт в Котельниковском районе Волгоградской области на землепользовании ИП главы КФХ Сарычева Н.Н. Опытное поле расположено в подзоне светло-каштановых почв, для которых характерно низкое содержание гумуса в пахотном слое - не более 2,1%. Обеспеченность доступными для растений формами азота и фосфора - низкая, калия - повышенная. В связи с этим при посеве пшеницы вносили удобрения в дозе Pío, и осуществляли подкормку по мерзлоталому грунту азотными удобрениями в дозе N30.
Климат на территории, где проводили исследования резко засушливый, средняя величина ГТК с 2008 по 2018 г. составила 0,53, среднегодовое количество осадков за 11 лет исследований - 303,3 мм, за период вегетации выпадало в среднем 110 мм. Максимальное количество осадков (39 мм) приходилось на май, минимальное - на август и апрель 14,1 и 17,1 мм соответственно. Среднемесячная температура периода вегетации составила 19,1°С, среднегодовая 10,2°С. Исследования вели в зернопаровом трехпольном севообороте по следующей схеме: 1 - чистый пар; 2 - озимая пшеница; 3 - яровой ячмень.
Полезащитные лесные полосы (ПЗЛП) трехрядные, состоящие из вяза приземистого, высотой 9,5 м. Конструкция умеренно-ажурная.
Повторность опытов трехкратная, учетная площадь делянки на каждой изучаемой удаленности от полезащитной лесной полосы 250 м2. Схема опыта: фактор А: Агроландшафт I. Открытое поле (ОП) (контроль); II. Поле, защищенное лесополосой: удаленность от лесной полосы 1,5Н, 5Н, 10Н, 15Н, 25Н, 35Н (Н - высота лесной полосы, 1Н = 9,5 м); фактор В: Технология обработки почвы I. Отвальная вспашка, ПН-8-40, 0,20-0,22 м (контроль); II. Плоскорезная обработка, КПШ-9, 0,10-0,12 м; III. Дискование, БДТ-7,0, 0,10-0,12 м; IV. Комбинированная обработка, АПК-6, 0,14-0,16 м.
Исследования проводили по общепринятым методикам и рекомендациям.
Результаты исследований. Влагообеспечен-ность озимой пшеницы в значительной степени зависела от применяемой системы обработки почвы, удаленности от защитных насаждений и складывающихся погодных условий. Из 11 лет исследований только 2011, 2016 и 2017 гг. были оптимальными по количеству выпавших осадков в период вегетации, а 6 лет были острозасушливыми, величина ГТК не превышала 0,44. В таких сложных климатических условиях содержание продуктивной
влаги, перед посевом озимой пшеницы в метровом слое почвы на межполосном пространстве в среднем составило 39,3 мм, в условиях незащищенного поля - 32,6 мм. Наибольшее содержание продуктивной влаги отмечалось в зонах, приближенных к ПЗЛП на расстоянии 5-15Н, ее содержание в среднем составило 44 мм, а в благоприятные по увлажнению годы до 77 мм. При возобновлении вегетации озимой пшеницы среднее содержание продуктивной влаги на межполосном пространстве составило 108 мм, на поле без лесных полос 93 мм. По мере развития растений пшеницы содержание влаги снижалось и к фазе выхода в трубку ее количество составило 56 и 45,6 мм, к фазе колошения 35,8 и 28,3 мм, к полной спелости 11,8 и 8,8 мм соответственно. Тем не менее, несмотря на довольно низкую обеспеченность запасами влаги, в пределах межполосного пространства просматривается закономерность изменения содержания продуктивной влаги в зависимости от удаленности от ПЗЛП, которая по каждой фазе развития растений описывается уравнением логарифмической зависимости в пределах изучаемого интервала.
Уравнения связи содержания влаги с удаленностью от ПЗЛП:
- перед посевом у = -5,8951п^) + 55,203;
R2 = 0,9858;
- в фазе возобновления вегетации у = -10,46ln(x) + 134,61; R2 = 0,9494; - в фазе выхода в трубку у = -7,138^^) + 76,65;
R2 = 0,9783;
- в фазе колошения у = -5,6251п^) + 51,2;
R2 = 0,9237;
- в фазе полной спелости у = -2,5291п^) + 18,769;
R2 = 0,9218.
Из изучаемых приемов основной обработки почвы самое высокое накопление продуктивной влаги обеспечивали варианты с отвальной вспашкой и комбинированной обработкой почвы. На этих вариантах содержание влаги было больше особенно в вариантах с дискованием. В среднем с 2008 по 2018 г., перед посевом озимой пшеницы разница составила 9,8 и 14,4 мм, в фазе возобновления вегетации 20,2 и 22,3 мм, в фазе выхода в трубку - 15,8 и 20,2 мм, в фазе колошения - 9,9 и 13,8 мм соответственно.
Определение содержания гидролизуемого азота в слое 0-0,3 м проводили перед посевом, в фазе возобновления вегетации, в фазе колошения и в фазе полной спелости культуры. Установлено, что в пределах межполосного пространства наблюдается неравномерное распределение содержания гид-ролизуемого азота в почве (рис. 1). Меньше всего его содержится в так называемой депрессионной зоне, т.е. на расстоянии до 1,5Н от ПЗЛП. В среднем за годы исследований его содержание составило перед посевом 27,6 мг/кг, в фазе возобновления вегетации - 35,5, в фазе колошения - 27,3, в фазе полной спелости - 22,0 мг/кг почвы, что меньше чем, в контроле на 10,7 мг/кг, 5,34, 3,58 и 2,46 мг/кг соответственно. Больше всего гидролизуемого азота на межполосном пространстве было зафиксировано на расстоянии 15Н от ПЗЛП. В этой зоне его
Рис. 1. Содержание гидролизуемого азота, мг/кг почвы
среднее содержание составило перед посевом культуры 41,3 мг/кг, перед возобновлением вегетации -45,3, в фазе колошения - 34,0, а в фазе полной спелости - 26,4 мг/кг почвы.
Из исследуемых способов обработки почвы на вариантах с применением комбинированной обработки и отвальной вспашкой было самое высокое содержание гидролизуемого азота, что, вероятно, обусловлено оптимальным распределением в пахотном горизонте пожнивных остатков, которые при разложении обеспечивали накопление органического вещества в почве. Разница между этими вариантами в целом была не существенной. При применении мелких обработок основная масса растительных остатков оставалась на поверхности почвы, в связи с чем аккумуляция питательных веществ при разложении органики происходит в слое 0-0,1 м, который зачастую в условиях недостаточного увлажнения находится в иссушенном состоянии. Например, в зоне наибольшего мелиоративного влияния ПЗЛП 5Н перед посевом культуры разница в содержании гидролизуемого азота на варианте с комбинированной обработкой и дискованием составила 5,5 мг/кг, перед возобновлением вегетации - 5,8 мг/кг, а к фазе колошения разница уменьшалась до 3,04 мг/кг.
Обеспеченность подвижным фосфором на межполосном пространстве и на поле без защитных насаждений была низкой, только в фазе возобновления вегетации озимой пшеницы степень обеспеченности была средней (рис. 2). Определение содержания фосфора проводили перед возобновлени-
ем вегетации озимой пшеницы, в фазе колошения и в фазе полной спелости.
Установлено, что наибольшее накопление подвижного фосфора отмечалось на расстоянии 5 Н от ПЗЛП перед возобновлением вегетации и составило в среднем на межполосном пространстве 17,2 мг/кг почвы, что больше чем в контроле на 1,7 мг/кг. В отдельные годы с хорошей влагообеспе-ченностью разница составляла 3,7 мг/кг, а в засушливые годы была не существенной. Увеличение запасов фосфора в этой зоне обусловлено большим количеством пожнивных остатков по сравнению с другими зонами межполосного пространства из-за отсутствия однородности микроклиматических и агрофизических показателей почвенного покрова. Самое низкое содержание фосфора отмечено на расстоянии до 1,5 Н и составило в среднем в фазе возобновления вегетации 13,5 мг/кг, в фазе колошения - 11,1 и в фазе полной спелости - 9,8 мг/кг почвы. Такое низкое содержание обусловлено малым количеством пожнивных остатков в указанной зоне, а также потреблением элементов питания деревьями полезащитной полосы, поскольку их корневая система распространятся в сторону поля на расстояние до 2Н.
Разница между комбинированной обработкой почвы и отвальной вспашкой (контроль) по содержанию фосфора по фазам развития озимой пшеницы была не существенной. У этих приемов по сравнению с дискованием и мелким плоскорезным рыхлением было преимущество по содержанию подвижного фосфора особенно в фазе возобновления вегета-
Рис. 2. Содержание подвижного фосфора, мг/кг почвы
Рис. 3. Содержание подвижного калия, мг/кг почвы
ции озимой пшеницы. На расстоянии 5Н от ПЗЛП разница между контролем и дискованием составила 2,07 мг/кг, на расстоянии 15Н - 2,2, 25Н - 2,2, на поле без защитных насаждений - 1,74 мг/кг почвы.
Светло-каштановые почвы характеризуются повышенным содержанием доступного для растений калия, что подтверждается нашими исследованиями. Тем не менее, в пределах межполосного пространства просматривается определенная закономерность распределения подвижного калия относительно полезащитных насаждений. Установлено, что на расстоянии 5Н от ПЗЛП происходит наибольшая аккумуляция подвижного калия, среднее содержание которого в фазе возобновления вегетации озимой пшеницы составило 327,8 мг/кг почвы, что больше чем в контроле на 24,8 мг/кг. Меньше всего подвижного калия отмечалось на расстоянии до 1,5Н и его количество составило 294,5 мг/кг почвы. В течении вегетации содержание калия в почве уменьшалось, однако закономерность распределения его на опытном участке прослеживалась и в фазе полной спелости: на расстоянии 5Н было 285,3 мг/кг, на расстоянии 15 и 25Н соответственно - 277,7 и 268,6 мг/кг, на контроле -262,7 мг/кг (рис. 3).
Глубокие обработки почвы способствовали увеличению содержания подвижного калия в почве в отличие от поверхностных. Уровень содержания подвижного калия на варианте с комбинированной обработкой был самым высоким на протяжении всей вегетации озимой пшеницы во всех изучаемых
зонах межполосного пространства. В среднем за 2008-2011 гг. перед возобновлением вегетации содержание подвижного калия на расстоянии 5 Н составило 338,1 мг/кг, на расстоянии 15Н - 329,9 мг/кг; на расстоянии 25Н - 319,3 мг/кг; на контроле - 312,6 мг/кг почвы. В этой же фазе на мелком плоскорезном рыхлении значения содержания подвижного калия были равны соответственно 326,0 мг/кг, 315,7, 307,4 и 302,4 мг/кг почвы. В фазе полной спелости на варианте с комбинированной обработкой количество подвижного калия на расстоянии 5Н было равно 294,0 мг/кг, 15Н - 286,4 мг/кг, 25Н - 279,0 мг/кг и на контроле 269,5 мг/кг почвы. На мелком плоскорезном рыхлении соответственно 285,2 мг/кг, 273,7, 266,2 и 263,8 мг/кг почвы.
Особенности водного и пищевого режима в зависимости от применяемой технологии и удаленности от полезащитных лесных насаждений отразились на формировании продуктивности озимой пшеницы. Средняя урожайность озимой пшеницы за годы исследований составила на межполосном пространстве в зависимости от технологии 1,662,17 т/га. Средняя прибавка урожайности от применения агролесомелиоративных приемов составила 0,27 т/га, или 16,5%. Наибольшая урожайность озимой пшеницы отмечалась на расстоянии 5Н от ПЗЛП, поскольку там складывались более лучшие условия для роста и развития растений, в среднем она оставила в этой зоне 2,17 т/га, что больше чем в контроле на 0,5 т/га. Самая низкая (1,02 т/га) урожайность отмечалась в так называемой депресси-
онной зоне, расположенной на расстоянии до 1,5Н. Формирование такой низкой урожайности обусловлено, прежде всего, ухудшением агроэкологи-ческих условий для растений и потреблением части питательных веществ и почвенной влаги непосредственно деревьями полезащитной лесной полосы.
Из изучаемых приемов обработки почвы достоверную прибавку по сравнению с контролем имел только вариант с комбинированной обработкой. На этом варианте средняя урожайность на межполосном пространстве за 2008-2018 гг. составила 2,10 т/га, на опытном участке без защитных насаждений - 1,88 т/га, что больше чем в контроле на 0,15 и 0,14 т/га соответственно. Варианты с поверхностной обработкой уступали по продуктивности, как комбинированной обработке, так и контролю. Самая низкая урожайность отмечалась на варианте с дискованием почвы на 0,10-0,12 м: на опытном участке с защитными насаждениями она составила 1,58 т/га, без защитных насаждений - 1,42 т/га, что меньше чем в контроле на 0,37 и 0,32 т/га. Мелкое плоскорезное рыхление в отдельные засушливые
годы имело преимущество урожайности по отношению к контролю, но в среднем была ниже на 0,09 и 0,10 т/га.
Таким образом, при возделывании сельскохозяйственных культур на лесомелиорируемой территории относительно полезащитных насаждений формируются неоднородный водный и пищевой режимы почвы. Наибольшее накопление доступной почвенной влаги и запасов минеральных веществ формируется в зонах наибольшего влияния ПЗЛП на расстоянии от 5 до 15Н, на расстоянии свыше 35Н обеспеченность элементами питания и доступной влагой сопоставима с незащищенным агроландшафтом. Данные особенности межполосного пространства позволят более эффективно использовать пахотные угодья при внедрении в технологию возделывания озимых культур элементов точного земледелия: дифференцированное внесение минеральных удобрений, средств защиты растений и оптимизация нормы высева сельскохозяйственных культур.
Литература
1. Бельков Г.И., Максютов Н.А. Сохранение и повышение плодородия почв в современных условиях Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2014, № 6(50). - С. 8-10.
2. Кисс Н.Н., Мищенко А.Е. Технология возделывания озимой пшеницы ресурсосберегающая агротехнология возделывания озимой пшеницы на эрозионно-опасных склонах черноземов обыкновенных // Фермер Поволжья, 2016, № 4(46) - С. 42-47.
3. Кулик К.Н., Пугачева А.М. Лесомелиорация - основа создания устойчивых агроландшафтов в условиях недостаточного увлажнения // Лесотехнический журнал, 2016, Т. 6, № 3(23). - С. 29-40.
4. Максютов Н.А., Жданов В.М., Митрофанов Д.В., Зенкова Н.А. Эффективность чистых, занятых, почвозащитных и сидеральных паров под яровую твердую пшеницу на черноземах южных Оренбургского Зауралья // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН, 2016, № 1. - С. 14.
5. Волошенкова Т.В. Лесные полосы и почвозащитная агротехника - фактор экологической безопасности земледелия // Земледелие, 2009, № 7. - С. 6-8.
6. Вольнов В.В., Сухарьков Е.А., Бойко А.В. Влияние лесных полос на увлажнение почвы и продуктивность сельскохозяйственных культур // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2006, № 3(23). - С. 41-44.
7. Кошелев А.В. Влияние лесных полос на физико-химические показатели в зоне каштановых почв Волгоградской области // Научно-агрономический журнал, 2017, № 2. - С. 34-36.
8. Кретинин В.М., Кошелев А.В., Онищенко М.Б. Плодородие лесомелиорированных почв агролесоландшафта «Ачи-кулакский» Нефтекумского района Ставропольского края // Научно-агрономический журнал, 2018, № 2. - С. 21 -23.
9. Михин Д.В. Микроклимат и биопродуктивность сельхозкультур в системе лесных полос // Вестник Воронежского государственного аграрного университета, 2013, № 4(39). - С. 309-313.
10. Dafa-Alla M.D., Nawal K.N. Al-Amin Design, Efficiency and Influence of a Multiple-Row, Mix-Species Shelterbelt on Wind Speed and Erosion Control in Arid Climate of North Sudan // Research Journal of Environmental and Earth Sciences, 2011, № 3(6). - Р. 655-661.
11. Skidwr E.L. Modifying the microclimate with wind barriers / Proceedings of seminar «Modifying the Soil and Water Environment for Approaching the Agricultural Potential of the Great Plains», Agr. Council Pub., 1969, No. 34, Vol. 1. - Р. 107-120.
12. Abdalla Y.Y., Fangama I.M. Effect of Shelterbelts on Crop Yield in Al-Rahad Agricultural Scheme // International journal of Current Microbiology and Appfield Sciences, 2015, № 4(7). - Р. 1-4.
13. Беляков А.М., Назарова М.В. Агроландшафты и технологии засушливого земледелия // Научно-агрономический журнал, 2018, № 1(102). - С. 35-39.
14. Сухов А.Н., Беляков А.М., Беляков И.А. Мульчирующая обработка почвы в адаптивно-ландшафтном сберегающем земледелии сухостепной и полупустынной зон Нижнего Поволжья: монография. - Волгоград: Волгоградский государственный аграрный университет, 2012. - 160 с.
15. Akgun N., Marakoglu T., Carman K., 2014. Effect of different seedbed preparation systems on wheat yield and yield components in Middle Anatolia // Bulgarian Journal of Agricultural Science, 2014, No 1(20). - Р. 117-121.
