CC BY
25
УДК 631.147
1Т.Г. Кольцова, 1А.А. Андреева, 1Л.М. Сунгатуллина, 2К.Е. Лемазин
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected] 2Лицей им. Н.И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета
сравнительная характеристика свойств выщелоченного чернозема при конверсионном и органическом земледелии
В статье представлены результаты изучения агрофизических, агрохимических, физико-химических и биологических свойств выщелоченного чернозема органических и конверсионных агроце-нозов в природно-климатических условиях Закамья Республики Татарстан. На основе интегрального подхода показано, что степень деградации почвы при конверсионном земледелии преимущественно средняя, при органическом земледелии - слабая, близкая по значениям к залежи.
Ключевые слова: органическое земледелие; конверсионный период; чернозем; агроэкологиче-ская оценка.
Введение
В современных условиях интенсификации сельскохозяйственного производства стратегическими задачами земледелия являются сохранение плодородия почв и стабильное производство продукции растениеводства. Создание экологически сбалансированной структуры агроландшафтов и обеспечение их нормального функционирования являются в настоящее время первоочередными вопросами в решении проблем повышения их устойчивости, сохранения биоразнообразия, уменьшения деградации почв и опустынивания земель, повышения продуктивности агроценозов и улучшения состояния окружающей среды на региональном уровне (Система земледелия..., 2013).
Черноземные почвы занимают 42% от площади сельхозугодий Республики Татарстан (РТ) и преобладают в почвенном покрове типичной и южной лесостепных ландшафтных подзон, где представлены главным образом выщелоченными и в меньшей степени - типичными и оподзоленными черноземами (Система земледелия., 2013). Материалы почвенных обследований указывают на устойчивое снижение гумуса в пахотном слое черноземов с 6.9% в 1998 г. до 6.3 % в 2010 г. (Государственный доклад., 2011). В целом по РТ за последние 40 лет содержание гумуса в пахотном слое снизилось на 0.8% (с 5.7% в 1970 г. до 4.9% в 2010 г.), баланс основных элементов питания сельскохозяйственных культур остается отрицательным (Система земледелия., 2013). В связи с этим особое значение приобретают альтернативные виды землепользования, среди которых широкое распространение в мире получило органическое (экологическое, биологическое) сельское хозяйство, являющееся перспективным видом земледелия, в том числе и для РТ (Система земледелия., 2013).
Поскольку органическое земледелие является
инновационным направлением в сельском хозяйстве республики, то актуальными являются вопросы разработки оптимальных для региона технологий органического земледелия, а также переходных технологий, применяемых в период конверсии (переходный период к органическому земледелию), и оценки их влияния на почвы в многолетней и сезонной динамике.
Цель данного исследования заключалась в проведении интегральной сравнительной оценки состояния выщелоченного среднесуглинистого чернозема в зернотравяном и зернопаровом севооборотах при конверсионном и органическом земледелии по комплексу агрофизических, агрохимических, физико-химических и биологических свойств в природно-климатических условиях Закамья РТ.
Материалы и методы исследований
Отбор почвенных проб проводили по стандартному методу маршрутных ходов (Методические., 2003) в весенний и осенний период 2014 г. на территории органического крестьянско-фер-мерского хозяйства (беспестицидная технология более 16 лет, безотвальная обработка почвы, внедрение сидеральных культур, борьба с сорной растительностью - плоскорезной обработкой на чистом пару, использование качественного семенного материала, предпосевная обработка которого проводится комплексным удобрением «Микромак» и биологическим фунгицидом «Фи-тоспорин-М», синтетические минеральные удобрения не применяются) и сельскохозяйственного предприятия с конверсионным типом земледелия (редкие гербицидные обработки, рациональное сочетание поверхностной и глубокой обработки почвы, внедрение сидеральных культур, мульчирование почвы соломой с 1991 г., использование
100
3 90 ; 80 г 70
I 60
■ 50
4 40 ; 30 д 20 ! 10
0
люпин 1 года
lili
100 Я 90 Й 80 & 70 " 60 § 50
iL 40
g 30 ü 20 ss 10 0
7-5 5-3 3-2 размер агрегатов, мм
яровая пшеница
■ ■
>10
.. .1IIII
качественного семенного материала, комплексных удобрений («Но-валон») и внекорневых подкормок растений («Ризоагрин-Б»), биопрепаратов), расположенных в Мензелинском и Алексеевском районах РТ.
Кроме того, пробы почв отбирали с 30-летнего залежного участка, представленного разнотравно-суходольным лугом, расположенным рядом с органическими агроценозами.
Изучение структурно-агрегатного состава исследуемых проб почв проводили методом «сухого просеивания» по Н.И. Саввинову (Агрофизические методы..., 1966). Водопрочность почвенных агрегатов различных фракций определяли по методу Н.Н. Никольского (Агрофизические методы., 1966). Оценку структурного состояния почвы по количеству агрономически ценных и водопрочных агрегатов
1-0.5 0.5-0.25
а)
7-5 5-3 3-2 размер агрегатов, мм весна осень
1-0.5 0.5-0.25
100 ■ 90 ; 80 е 70
J 60
I 50
О 40 ; 30 д 20 : 10 0
100 3 90 ; 80 Г 70 ! 70 I 50 О 40 ; 30
д 20 ; 10 0
озимая пшеница
lJI
.Lili
7-5 5-3 3-2 размер агрегатов, мм
1-0.5 0.5-0.25
б)
.1
■ I
10-7
в)
7-5 5-3 3-2 размер агрегатов, мм
1-0.5 0.5-0.25
г)
Рис. 1. Водопрочность почвенных агрегатов пахотного горизонта выщелоченного чернозема в конверсионный период
проводили согласно градации С.И. Долгова и П.У. Бахтина (Агрофизические методы..., 1966).
Определение гумуса в пробах почв проводили по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова (ГОСТ 26213-91), содержание подвижных форм фосфора и калия - по методу Чирико-ва (ГОСТ 26204-91), общего азота - по методу Несслера (ГОСТ 26107-84), степень кислотности почв (рН водный) — потенциометрическим методом (ГОСТ 26423-85). При оценке содержания гу-
Таблица 1. Структурно-агрегатный состав выщелоченного чернозема при разных системах земледелия
в весенний (в) и осенний (о) период
10-7
2-1
2-1
Предшественник Культура Сезон Размер агрегатов, мм (%) £100.25 К стр
>10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0.5 0.50.25 < 0.25
Конверсионный период
Озимая пшеница Люпин в 52.4 6.9 6.4 14.6 2.2 7.5 6.1 2.4 1.5 46.1 0.86
о 46.1 9.3 18.3 10.0 1.6 9.3 2.8 1.7 0.9 53.1 1.13
Озимая пшеница Яровая пшеница в 28.2 7.1 11.4 12.9 2.4 13.2 14.3 5.5 5.0 66.8 2.01
о 31.1 6.2 4.1 19.1 6.0 12.1 15.2 2.1 4.1 64.8 1.84
Чистый пар Озимая пшеница в 40.2 4.7 14.3 21.5 1.2 9.5 5.2 1.8 1.6 58.2 1.39
о 24.1 9.2 5.1 22.1 1.1 12.1 11.1 8.0 7.2 68.7 2.19
Чистый пар Ячмень в 40.1 7.8 10.9 16.7 1.6 11.0 9.1 1.5 1.3 58.6 1.42
о 47.4 4.9 4.3 10.3 2.0 19.7 6.6 3.0 1.8 50.8 1.03
Многолет. травы Многолет. травы в 31.1 4.3 14.2 3.9 20.8 16.1 3.7 2.1 3.8 65.1 1.87
о 35.3 11.7 13.1 16.8 3.7 11.7 4.4 2.2 1.1 63.6 1.74
Органическое земледелие
Эспарцет Эспарцет в 22.0 10.6 18.8 18.4 2.9 13.9 6.3 3.9 3.2 74.8 2.97
о 25.4 14.8 15.1 16.2 4.6 12.8 7.0 2.7 1.4 73.1 2.72
Фацелия Чистый пар в 19.1 5.3 6.4 8.1 2.3 38.8 11.8 3.1 5.1 75.7 3.12
о 32.2 13.1 7.4 9.8 3.4 15.7 9.3 5.7 3.4 64.4 1.81
Озимая пшеница Чистый пар в 33.4 8.0 2.3 10.7 10.7 13.8 9.6 6.2 5.3 61.4 1.59
о 35.4 12.3 10.1 6.4 2.0 14.2 12.1 3.4 4.1 60.5 1.53
Чистый пар Озимая рожь в 30.9 6.2 11.8 8.7 2.5 11.0 13.3 6.8 8.8 60.4 1.52
о 29.6 6.1 9.8 7.4 3.5 23.8 11.1 5.2 3.5 66.9 2.02
Залежь
в 7.7 3.6 8.8 22.6 7.0 19.2 7.7 19.8 3.6 88.7 7.82
о 16.2 9.2 15.5 24.3 3.0 10.9 4.2 16.0 0.7 83.0 4.89
1/2015
45
муса в почвах использовали градацию, разработанную для Поволжского региона (Когут, 2003).
Интенсивность полевого «дыхания» почв определяли титриме-трическим методом по Л.О. Карпа-чевскому и Н.К. Киселевой (1969). Оценку биологической активности почв проводили по градации, предложенной Э.И. Гапонюк и С.Г. Малаховым (1985).
Интегральный показатель (ИП) агроэкологического состояния почвы вычисляли, используя метод, предложенный К.Ш. Казеевым, С.И. Колесниковым и В.Ф. Валько-вым (2003).
Достоверность различий между средними значениями оценивали по критерию Стьюдента (¿а).
Таблица 2. Агрохимические и физико-химические свойства выщелоченного чернозема при разных системах земледелия в весенний (в) и осенний (о) период
Результаты исследования и их обсуждение
В результате проведенных исследований установлено, что по содержанию агрономически ценных агрегатов (размером от 0.25 до 10 мм) пахотный горизонт выщелоченного чернозема конверсионных агроценозов характеризуется удовлетворительным и хорошим структурно-агрегатным состоянием, органических - хорошим и отличным (табл. 1). Сумма агрономически ценных агрегатов достоверно выше в почве органических агроценозов, чем конверсионных (г =2.24, р=0.039), что свидетельствует о необходимости
Предшественник Культура Сезон рН вод Гумус, % N , Р?Оя мг/100г КО, мг/100г С:П
Конверсионный период
Озимая пшеница Люпин в 6.30 5.7 0.29 13.6 19.6 13.3
о 7.10 5.4 0.29 16.6 23.4 12.6
Озимая пшеница Яровая пшеница в 6.96 5.3 0.25 10.5 20.1 14.4
о 7.39 4.2 0.22 14.0 17.7 13.0
Чистый пар Озимая пшеница в 7.11 5.5 0.22 12.4 27.6 17.0
о 6.98 5.9 0.26 14.7 27.8 15.4
Чистый пар Ячмень в 7.33 5.8 0.28 19.1 14.1 14.1
о 7.62 5.6 0.26 24.2 18.3 14.6
Многолет. травы Многолет. травы в 6.39 4.8 0.25 14.6 33.6 13.0
о 6.41 4.1 0.21 11.1 13.3 13.2
Органическое земледелие
Эспарцет Эспарцет в 6.97 8.6 0.33 14.9 28.6 17.7
о 6.39 8.8 0.46 14.9 28.4 13.0
Фацелия Чистый пар в 6.39 4.8 0.25 14.6 33.6 13.0
о 7.02 8.6 0.41 23.0 41.7 14.2
Озимая пшеница Чистый пар в 6.74 8.8 0.43 15.4 28.6 13.9
о 7.03 8.0 0.42 20.7 39.2 12.9
Чистый пар Озимая рожь в 7.11 5.5 0.22 12.4 27.6 17.0
о 6.97 8.9 0.42 14.3 29.7 14.4
Залежь
в 6.66 8.6 0.41 10.4 21.6 14.2
о 6.22 8.8 0.47 14.9 48.3 12.7
стояния почв в ряду залежь > органическое земледелие > конверсионный период.
Структурность почвы можно охарактеризовать не только количеством агрономически ценных агрегатов, но и коэффициентом структурности, который показывает отношение содержания агрономически ценных агрегатов к сумме содержания глыбистой и пылеватой фракций. Значения коэффициента структурности соответствуют резуль-
усиления
защитных
приятий,
почво-меро-прово-
димых в переходном хозяйстве. Наибольшее статистически значимое количество агрономически ценных агрегатов обнаружено в верхнем горизонте залежного участка (^=4.69, р=0.001). В целом по данному показателю наблюдается ухудшение структурного со-
100
1 90 Е 80
£ 70
х 60 | 50
2 40 ¡5 30 | 20 £ 10
0
эспарцет 2 года
размер агрегатов, мм
чистыи пар по сидерату
а)
.1 .1 .1 И
100 09 90 § 80 | 70
х 60 | 50
140 130 & 20 ^ 10 0
100 £ 90
Е 80
& 70 х 60
Ц 50
2 40 ё 30
Л 20
£ 10 0
|| || II I
озимая рожь
IIIII
>10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0.5 0.5-0.25 размер агрегатов, мм весна осень
чистыи пар по зерновым
б)
.1 I.
7-5 5-3 3-2 размер агрегатов, мм ■ весна ■ осень
>10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0.5 0.5-0.25
в)
размер агрегатов, мм весна ■ осень
г)
Рис. 2. Водопрочность почвенных агрегатов пахотного горизонта выщелоченного чернозема при органическом земледелии
2-1
10-7
2-1
Таблица 3. Значения интегрального показателя (ИП) агроэкологического состояния выщелоченного чернозема при разных системах земледелия
Культура Весна Среднее значение ИП Осень Среднее значение ИП
Конверсионный период
Люпин 1 года 59.3 63.2
Яровая пшеница 59.9 61.0 60.3 62.5
Озимая пшеница 59.1 66.4
Ячмень 62.8 62.2
Многолетние 63.7 60.4
травы
Органическое земледелие
Эспарцет 2 года 73.1 85.0
Чистый пар 67.9 80.0
по сидерату 69.7 82.3
Чистый пар 75.3 83.3
по зерновым
Озимая рожь 62.6 81.0
Залежь
71.0 82.4
татам, полученным по содержанию агрономически ценных агрегатов (табл. 1). За вегетационный сезон структурно-агрегатное состояние выщелоченного чернозема в исследуемых агроценозах меняется в довольно узком диапазоне (табл. 1).
Важными свойствами почвенных агрегатов являются их механическая прочность и водопроч-ность. Установлено, что по содержанию водопрочных агрономически ценных агрегатов структурное состояние пахотного горизонта выщелоченного чернозема конверсионных агроценозов - неудовлетворительное и удовлетворительное (рис. 1), органических агроценозов - удовлетворительное и хорошее (рис. 2).
Отличное структурное состояние выщелоченного чернозема по количеству водопрочных агрономически ценных агрегатов отмечено в верхнем горизонте многолетних трав (от 84.3 до 88.6%) при конверсионном земледелии и залежном участке (от 77.9 до 81.4%). При этом достоверно значимые различия зафиксированы только для залежи.
Сезонные изменения структурного состояния почв по содержанию водопрочных агрономически ценных агрегатов в исследуемых агроценозах незначительны (рис. 1 и 2).
Результаты исследований показали, что пахотный горизонт выщелоченного чернозема конверсионных агроце-
конверсионным период
нозов слабогумусирован с низким содержанием общего азота, характеризуется преимущественно нейтральной и слабокислой реакцией почвенного раствора, повышенным и высоким содержанием подвижного фосфора и высоким и очень высоким содержанием обменного калия (табл. 2).
В органических агроценозах выявлены оптимальные значения агрохимических показателей, благоприятные для выращивания основных сельскохозяйственных культур: пахотный слой в основном сильногумусирован, с высоким содержанием общего азота, повышенным и высоким содержанием подвижного фосфора, высоким и очень высоким содержанием обменного калия, нейтральной и слабокислой реакцией почвенного раствора (табл. 2). Содержание гумуса (¿3=4.47, />=0.0004), общего азота (^ =3.81, /=0.0015) и обменного калия (¿ =3.69, /=0.0019) достоверно выше в почвах органических агроценозов, чем в конверсионных. Между тем для органических агроценозов в сравнении с залежным участком статистически значимых различий по данным агрохимическим показателям не обнаружено. По всей видимости, в почвах органических агроэко-систем более активно протекают процессы микробиологической трансформации растительных остатков, поскольку беспестицидная технология возделывания сельскохозяйственных культур способствует сохранению почвенной микрофлоры и повышению ее разнообразия. Однако, в соответствии с градацией Д.С. Орлова и Л.А. Гришиной (1981), степень обогащенности гумуса азотом почв органических агроэкосистем и залежи преимущественно низкая (табл. 2), что отражает общую пониженную микробиологическую активность почв исследуемого района (Система земледелия..., 2013). Для конверсионных агроценозов зафиксирована низкая и очень низкая обогащенность гумуса азотом (табл. 2). Достоверно значимых различий между показателями агрохимических свойств выщелоченного чернозема сравниваемых участков в весенний и осенний периоды не зарегистрировано.
Одним из наиболее общих показателей биологической активности почв является «дыхание»
Il II il II I
яровая пшеница
озимая пшеница
многолетние травы
20 18 16 & 14
Т= 12
1 10
S 8
Ü
И 6
4 2 0
органическое земледелие
а)
эспарцет 2 года
чистыи пар чистыи пар озимая рожь по сидерату по зерновым
б)
Рис. 3. Динамика интенсивности полевого «дыхания» верхнего горизонта выщелоченного
чернозема в агроценозах и на залежи
1/2015
47
почв - выделение диоксида углерода и поглощение кислорода почвой. Основной вклад в продукцию диоксида углерода почвой вносят микроорганизмы и корни растений. Выделение диоксида углерода почвой отражает интенсивность жизнедеятельности почвенной биоты, скорость минерализации растительных остатков и, по многочисленным данным, прямо пропорционально плодородию почв (Звягинцев, 1976).
Установлено, что интенсивность полевого «дыхания» верхнего горизонта выщелоченного чернозема конверсионных агроценозов преимущественно слабая и средняя (рис. 3а), органических - средняя и высокая (рис. 3б). Общей тенденцией для конверсионных и органических аг-роценозов является преимущественное увеличение интенсивности дыхания в осенний период по сравнению с весенним, что, вероятно, связано с обильным поступлением органического вещества в составе растительных остатков и благоприятным температурным режимом в осенний период 2014 года. Очень слабая интенсивность полевого «дыхания» выявлена на залежном участке, что обусловлено наличием здесь плотной дернины.
Анализ агроэкологического состояния почвы, оцененного в результате комплексной оценки агрофизических, агрохимических, физико-химических и биологических свойств выщелоченного чернозема при разном уровне агрогенной нагрузки (табл. 3), показал, что агроэкологическое состояние выщелоченного чернозема улучшается в ряду конверсионный период - органическое земледелие - залежь.
Согласно значениям ИП, степень деградации почв при конверсионном земледелии преимущественно средняя, при органическом земледелии - слабая и слабо-средняя, близкая по значениям к залежи. Более низкие значения интегрального показателя агроэкологического состояния выщелоченного чернозема конверсионных агроцено-зов по сравнению с органическими свидетельствуют о протекающих деградационных процессах в почве и необходимости дальнейшей конверсии агроценозов в течение 2-3 лет.
Заключение
Таким образом, полученные в работе данные свидетельствуют о более благоприятном агроэкологиче-ском состоянии выщелоченного чернозема в условиях органического земледелия, чем в конверсионный период. Многолетняя почвозащитная деятельность способствует поддержанию высоких значений содержания гумуса, общего азота и обменного калия в пахотном горизонте органических агроценозов. К тому же беспестицидная технология возделывания
сельскохозяйственных культур обусловливает более высокую интенсивность жизнедеятельности педо-бионтов органических агроэкосистем по сравнению с характерной для конверсионных.
Список литературы
1. Гапонюк Э.И., Малахов С.Г. Комплексная система показателей экологического мониторинга почв // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах / Сб. тр. 4 Всес. совещ. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. С. 3-10.
2. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота.
3. ГОСТ 26204-91. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАО.
4. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
5. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
6. Государственный доклад «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2011 году». Казань, 2012. 490 с.
7. Долгов С.И. Агрофизические методы исследования почв. М.: Наука, 1966. 259 с.
8. Звягинцев Д.Г. Биология почв и их диагностика // Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. М.: Наука, 1976. С. 175-189.
9. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д.: Изд-во РГУ, 2003. 216 с.
10. Карпачевский Л.О., Киселева Н.К. О методике определения и некоторых особенностях выделения углекислого газа из почв под широколиственно-еловыми лесами // Почвоведение. 1969. № 7. С. 32-42.
11. Когут Б.М. Принципы и методы оценки содержания трансформируемого органического вещества в пахотных почвах // Почвоведение. 2003. № 3. С. 308-316.
12. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. 240 с.
13. Орлов Д.С., Гришина Л.А. Практикум по химии гумуса: учеб. пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. 272 с.
14. Система земледелия Республики Татарстан: Инновации на базе традиций. Ч.1. Общие аспекты системы земледелия. Казань: Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Татарстан, 2013. 166 с.
T.G. Koltsova, A.A. Andreeva, L.M. Sungatullina, K.E. Lemazin. Comparative characteristic of the properties of leached chernozem at conversion and organic farming
The article presents the results of a study of agrophysical, agrochemical, physico-chemical and biological properties of leached chernozem of organic and conversion agrocenoses in the natural and climatic conditions of Zakamie of the Tatarstan Republic. On the basis of an integral approach is shown that the degree of degradation of the soil at the conversion agriculture is mostly the average, at the organic agriculture is low, which is close in meaning to the fallow site.
Keywords: organic agriculture; conversion period; chernozem; agroecological evaluation.
