CC BY
74
УДК 631.51:631.43
трансформация физических показателей черноземов в результате агрогенного воздействия
Ю.И. ЧЕВЕРДИН, доктор биологических наук, зав. отделом (e-mail: cheverdin62@mail.ru) С.В. САПРЫКИН, аспирант А.Ю. ЧЕВЕРДИН, аспирант А.Н. РЯБЦЕВ, научный сотрудник Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева, п/о Институт им. Докучаева, уч.2, Таловский р-н, Воронежская обл., 397463, Российская Федерация
Резюме. Исследования проводили с целью изучения трансформации физических показателей чернозема обыкновенного при различных технологиях основной обработки почвы. В схему эксперимента были включены варианты с оборотом пласта (вспашка), безотвальной, поверхностной и нулевой (прямой посев) обработкой. Почва опытного участка - чернозем обыкновенный среднегумусовый тяжелосуглинистый. Исследования проводили в Павловском районе Воронежской области на посевах озимой пшеницы. При использовании технологий прямого посева отмечено иссушение почвенного профиля до критических значений -влажности завядания и ниже (>ВЗ). При этом по вспашке она не опускались ниже интервала НВ-ВЗ. Запас продуктивной влаги во все фазы развития растений по всем вариантам с механической обработкой почвы был выше, чем при прямом посеве. В фазе спелости озимой пшеницы нулевая обработка приводила к снижению влагозапасовв горизонте почвы 0-100 см с 28,7-31,7 мм до 6,5 мм. Причем ее негативное влияние на влагообеспе-ченность растений наблюдали во все фазы развития. Прямой посев способствовал достоверному уплотнению чернозема и формированию агрогенно-уплотненных горизонтов почвы. Плотность почвы при нулевой обработке составила 1,24±0,028-1,30±0,105 г/см3, по вспашке - 1,10±0,052-1,15±0,095 г/см3. Уплотнение почвы при технологиях прямого посева приводило к увеличению доли глыбистой фракции-до 45,3 % против 27,1 % в варианте со вспашкой. Деградация физических показателей при использовании технологии прямого посева вызвала снижение урожайности озимой пшеницы на 2,5 ц/га. Ключевые слова: чернозем, обработка почвы, прямой посев, влажность, плотность почвы, структура.
Для цитирования: Трансформация физических показателей черноземов в результате агрогенного воздействия/Ю.И. Чевердин, С.В. Сапрыкин, А.Ю. Чевердин, А.НРябцев//Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 3. С.
Параметры физического сложения относятся к числу основных быстроменяющихся свойств почвы. Уже впервые годы после распашки происходит резкое изменение структурного состояния, плотности и водно-физических свойств почвы. При распашке почв естественных ценозов интенсивно развиваются процессы дезагрегации, вследствие которых изменяется состав компонентов их микроструктуры [1, 2, 3, 4, 5].
Проведенные исследования на различных типах почв позволили установить нормативы изменений физических свойств пахотных черноземов и граничные значения параметров их показателей, дать прогноз потери продуктивности сельскохозяйственных культур при уплотнении почвы [6,7,8]. Оптимальная равновесная плотность для основных подтипов черноземов составляет 1,0-1,25 г/см3. При таких ее значениях возможно использование минимальных технологий обработки (в условиях снятия фактора засоренности посевов) [9]. Многочисленными исследованиями установлено снижение продуктивности сельскохозяйственных культур при многочисленных проходах тяжелой техники [10,11,12, 13]. Наибольшая степень отрицательного
влияния на дерново-подзолистой почве отмечена при использовании тракторов Джон Дир 6290 [14].
Варьирование физических свойств пахотного слоя черноземов лесостепной зоны связано не только с генетическими особенностями, но и в значительной мере с длительностью и характером их использования, а также уровнем культуры земледелия в целом [7, 15, 16,17]. С позиций оптимизации физических свойств необходимы меры по созданию положительного баланса гумуса, а по достижении оптимума - по поддержанию его на бездефицитном уровне [18]. Под деградацией физического состояния почв понимают устойчивое ухудшение их физических свойств, в первую очередь структурного состояния и сложения, приводящее к ухудшению водного, воздушного, питательного режимов и, в конечном итоге, к снижению плодородия [19].
Риск переуплотнения почв черноземного ряда выражен намного сильнее. Причин этого явления несколько, в том числе доминирование межагрегатных пор, которые легко поддаются деформации [20]. В агрогенных почвах равновесная плотность существенно увеличивается, по сравнению с природным черноземом-аналогом, возникает новое явление - консолидация агрегатов и уменьшение внутриагрегатной пористости, которая ухудшает условия водно-минерального питания растений [20, 21]. В уплотненных почвах, даже при умеренных нагрузках, могут возникать горизонтально вытянутые макропоры, характерные для плитчатой или субплитчатой структуры, что дополнительно изменяет агрофизические свойства пахотного слоя [22].
В последние годы в результате активной пропаганды и распространения технологий прямого посева вновь стал актуальным вопрос трансформации физических показателей почвы при исключении операций по ее основной обработке. В этой связи обострилась проблема агрофизической деградации пахотных черноземов, которая во многом определяет актуальность оценки изменения уровня физических показателей плодородия, определения направленности и тенденций их изменения. Оценка трансформации физических показателей необходима также для корректировки и разработки новых агротехнологических приемов возделывания современных сельскохозяйственных культур, конструирования машин и орудий [23, 7]. В технологиях прямого посева отмечается увеличение плотности почв, увеличение доли глыбистых агрегатов [24, 25, 26].
Прямой посев, наряду с изменением физических параметров почв, приводит к увеличению засоренности агроценозов [27, 28, 29]. Это в большей степени касается однолетних сорняков [30]. При освоении технологий нулевой обработки почвы необходимо учитывать большой комплекс проблем [31].
Соломенная мульча, оставляемая на поверхности почвы при прямом посеве, повышает полевую всхожесть, сохранность и выживаемость яровой пшеницы, но выделяет аллелопатические вещества и оказывает ингибирующее воздействие на ее проростки и молодые растения. Это косвенно подтверждает бледно-зелёный или даже желтоватый (хлорозный) цвет всходов [30]. Кроме того, некоторые исследователи отмечают задержку в появлении всходов озимой пшеницы на 2 дня [32].
При этом, по мнению В.В. Медведева (2010) [33],уменьшение глубины и количества обработок или
отказ от их проведения, как это предусматривает нулевая технология, а также высокая культура земледелия и, прежде всего, внесение органических удобрений или оставление на поле растительных остатков, постепенно улучшает структурный состав посевного слоя.
В связи с изложенным, цель наших исследований -изучение изменения физических свойств чернозема обыкновенного при различных технологиях основной обработки почвы под озимую пшеницу.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в НИИСХ ЦЧП им.В.В. Докучаева. Полевые опыты были заложены на полях ОАО «Павловская Нива» в 2013-2016 гг. Объект исследований - чернозем обыкновенный средне-мощный среднегумусовый со следующей агрохимической характеристикой: гумус - 6,0 %; обменный кальций - 30,2 ммоль-экв/100 г почвы; обменный магний - 5,4 моль-экв/100 г; доступные фосфор и калий (по Чирикову) - 55-70 и 62-80 мг/кг соответственно, рН водной вытяжки - 7,2.
Культура - озимая пшеница сорта Губернатор Дона. Норма сева - 5,0 млн всхожих семян на 1 га. Предшественник - горчица. Варианты основной обработки почвы: вспашка на 16-18 см; безотвальная (плоскорез) на глубину 12-14 см; поверхностная (дискатор) на 8-10 см; прямой посев Кузбасс. Глубина заделки семян - 4-6 см. Перед посевом вносили минеральные удобрения из расчета 60 кг/га д.в. азота, фосфора и калия. Для обеспечения благоприятной фитосанитарной обстановки проводили фоновую обработку против болезней, сорняков и вредителей. Площадь опытной делянки - 200 м2. Повторность - 4-х кратная.
Плотность почвы определяли методом режущего кольца (буром Качинского). Объем цилиндра 200 см3. Повторность 5-и кратная. Структурно-агрегатное состояние определяли по Савиннову. Почвенные образцы отбирали два раза за вегетацию: при возобновлении весенней вегетации и перед уборкой. Глубина отбора образцов - 0-10, 10-20, 20- 30 и 30-40 см.Перед закладкой опыта параметры плотности и структурного состояния почвы были сопоставимы во всех вариантах.
Влажность почвы определяли термостатно-весовым способом до глубины 1,0 м послойно через 10 см. Отбор проб осуществляли 5 раз за вегетацию: всходы, время возобновления весенней вегетации (ВВВВ), трубкование, колошение, спелость.
результаты и обсуждение. Влагообеспеченность растений - один из основных лимитирующих факторов почвенного плодородия. Особенно сильно ее влияние проявляется в степных условиях.
Как правило, в последнее десятилетие наиболее высокие значения влажности черноземов отмечаются в начале возобновления весенней вегетации. В осенний период и начале зимы пополнение запасов почвенной влаги идет очень медленными темпами, что, прежде всего, связано с недостаточным количеством атмосферных осадков осенью и сильным иссушением почвенного профиля во второй половине лета. Вследствие этого перед наступлением зимнего периода иссушение почвенной толщи может достигать значительной глубины [34, 35].
В результате статистической обработки материалов наблюдений за влажностью почвы мы установили ее средние трехлетние величины и экстремные послойные запасы продуктивной влаги (рис. 1). В период возобновления весенней вегетации озимой пшеницы влажность почвы по вспашке, поверхностной и безотвальной обработке находилась примерно на одном уровне. В верхнем корнеобитаемом слое почвы в этот временной промежуток она была близка к оптимальным значениям в интервале от влажности завядания до наименьшей
Поверхностная обработка
100 1 20 140 1 60 1 80 200 220 240 260 280 300 дни от начала года
Вспашка
100 120 140 160 180 200 220 240 дни от начала года
Безотвальная обработка
100 120 140 160 180 200 220 240 дни от начала года
Прямой посев ....... .
280 300
-20
-40
а
и
100 120 140 160 180 200 220 240 дни от начала года
зоо
Рис. 1. Хроноизоплеты влажности по средним данным 2013-2015 гг. в зависимости от способов обработки почвы: - ПВ; ИГА - НВ-ПВ; РТ^ - НВ; - НВ-ВЗ;
[ГШ - <ВЗ.
_ Достижения науки и техники АПК. 2017. Т 31. № 3
влагоемкости (ВЗ-НВ). На глубине от 30 до 50 см увлажненность почвенного профиля была несколько выше. Она соответствовала значениям наименьшей влагоемкости (НВ). Горизонт наибольшей увлажненности, превышавшей наименьшую влагоемкость (НВ-ПВ), отмечали на глубине от 50 до 90 см, сильнее всего он был выражен при обработках без оборота пласта. Мощность этого слоя оставалась довольно стабильной и сохранялась до начала мая.По мере нарастания температур, примерно с конца мая, влажность всего метрового слоя выравнивалась и находилась в интервале соответствующей ВЗ-НВ.
Иначе выглядел гидрологический профиль при технологии прямого посева озимой пшеницы. Он включал в основном один горизонт: в ранневесенний период -наименьшей насыщенности (ВЗ-НВ), в летний период - отсутствия влаги (> ВЗ). В отличие от вариантов с другими способами обработки почвы, влажность почвы при этой технологии находилась в интервале ВЗ-НВ уже в ранневесенний период. В таких условиях не наблюдали наличия горизонта с влажностью, превышающей наименьшую влагоемкость. С конца мая - начала июня во всем метровом слое она достигала критических значений и находилась на уровне близком к влажности завядания (ВЗ). Тот факт, что относительно слабое иссушение охватывает практически весь метровый горизонт, позволяет сделать следующее предположение. Расход влаги, по меньшей мере, из второй нижней полуметровой толщи не связан с десукцией. Происходит подсасывание влаги в ее верхнюю половину, чему способствует характер распределения корней. Причем, в предуборочный период локально на глубине от 40 до 80 см почвы возникает горизонт сильного иссушения до полного отсутствия продуктивной влаги (>ВЗ). Таким образом, при использовании технологий прямого посева складываются критические условия увлажнения, значительно отличающиеся от оптимальных, которые для черноземов, согласно [23], находятся в интервале от НВ до 0,7 НВ.
Горизонт с наименьшим содержанием почвенной влаги при технологии прямого сева сохраняет свои свойства довольно продолжительный период. Увеличение влажности до более высоких градаций осенью происходит очень медленно вследствие недостаточного количества атмосферных осадков и высоких дневных температур, обусловливающих повышенную испаряемость. При этом оно сначала отмечалось в верхних горизонтах почвы, и только к середине сентября - началу октября влажность метрового профиля почвы устанавливалась в границах влажности завядания -наименьшей влагоемкости (ВЗ-НВ). В то время как по другим способам основной обработки почвы увлажненность почвенного профиля в этот период находилась на уровне наименьшей влагоемкости (НВ). В дальнейшем (вторая половина ноября) она повышалась до уровня НВ-ПВ, что обусловлено осенним восходящим передвижением влаги в начинающей промерзать почве.
Более высокое содержание продуктивной влаги, доступной для растений, отмечено в вариантах без оборота пласта, при этом оно было близким к оптимальным величинам, свойственным черноземам [18]. В фазе возобновления весенней вегетации величины этого показателя в вариантах без оборота пласта в верхнем 0-20 см слое почвы были практически равновеликими - 26,6-27,7 мм (табл. 1). Применение технологии прямого посева способствовало меньшему накоплению доступной влаги - 20,7 мм (на 25,6-32,3 %). Еще большие различия отмечены по всему исследуемому слою (0-100 см). Они составили 51,2-55,2 мм (53,3-57,5 %). После вспашки количественные показатели были близки к технологиям без оборота пласта.
По мере роста и развития растений озимой пшеницы происходили естественные процессы снижения влагообеспеченности. Минимальное количество определяемой продуктивной влаги было характерно для фазы полной спелости озимой пшеницы. При этом сохранилась закономерность, отмеченная на начальных этапах органогенеза, но выражена она была в более контрастной форме. Запасы доступной влаги в верхнем корнеобитаемом слое (0-20 см) различались более чем в 2 раза. Так, если при поверхностной обработке (дискатор) их величина составляла 7,9 мм, то при прямом посеве только 3,1 мм. При этом практически весь горизонт 0-100 см в последнем варианте был иссушен до минимальных значений. Содержание продуктивной влаги составило всего 6,5 мм, тогда как по поверхностной обработке влагообеспеченность метрового горизонта почвы находилась на уровне 31,7 мм, по безотвальной - 29,5, по вспашке - 28,7 мм.
Таким образом, оценка влагозапасов посевов озимой пшеницы по содержанию продуктивной влаги показала преимущество вариантов обработки почвы без оборота пласта. Применение технологии прямого сева приводило к значительному снижению диапазона активной влаги и сильному иссушению почвы. Наиболее критические условия увлажнения складывались в генеративную фазу развития растений озимой пшеницы.
Еще один важный физический показатель плодородия почв - плотность. Оптимальная величина равновесной плотности для основных подтипов пахотных черноземов тяжелосуглинистых разновидностей составляет 1,10-1,25 г/см3, легкосуглинистых - 1,0-1,20 г/см3, что обусловливает оптимальные или близкие к ним показатели других физических свойств [7]. Нижние пределы указанных диапазонов необходимы для более требовательных к плотности почв пропашных культур и особенно корнеплодов, а также в условиях повышенного увлажнения. Верхние пределы плотности оптимальны для менее требовательных к величине этого показателя зерновых культур сплошного сева и при пониженном увлажнении [23].
Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о значительном изменении плотности чернозема обыкновенного в зависимости от способов основной обработки почвы. При этом средние величины были близки
Таблица 1. Содержание продуктивной влаги в зависимости от способов основной обработки почвы (2013-2015 гг.), мм
Глубина, см Вспашка Безотвальная Поверхностная (дискатор) Прямой посев
Весеннее возобновление вегетации
0-20 25,6 27,4 26,6 20,7
0-50 73,1 72,2 69,5 52,1
0-100 146,3 151,2 147,2 96,0
Трубкование
0-20 17,6 18,6 19,6 16,0
0-50 55,1 52,4 53,5 36,8
0-100 113,9 126,7 118,9 73,6
Колошение
0-20 4,3 6,8 5,7 2,8
0-50 22,1 22,0 18,8 7,3
0-100 67,4 62,6 40,3 14,3
Спелость
0-20 6,5 6,0 7,9 3,1
0-50 13,7 12,3 15,8 4,6
0-100 28,7 29,5 31,7 6,5
НСР мм
ВВВВ 0-20 см - 4,5 спелость 0-20 см - 2,6
0-50 см - 10,3 0-50 см - 5,3
0-100 см - 16,8 0-100 см - 8,9
0
10
Безотвальная обработка г/см3
0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4
1,5 1,6
Вспашка
0,9
1/см3 1,1 1,2
1,3
1,4
1,5
20
30
тип ♦ 1 1 1 1 1 сред ч нее тах 4
\ 1 к \ « \ \ \ \ А
\ ! \
♦ 1
10 10
ю
5 20
тип среднее гп * ч *.
0------
30 30
Поверхностная обработка г/см3
0,8 0,9 1 1,1 1,2
0
10
1,3
1,4 1,5
1,6
орямойпосев
г/гс/мс 1 1,1 1,2
1, 3 1 , 4 1 , 5
' 15
С 20
25
30
35
тт т средн о. ее тах А.
ч \ ч ч ч ч \ \ •••
\ ►
/
1 2 4
10 10
ю >
с
среднее
Рис. 2. Плотность чернозема в зависимости от способа основной обработки почвы в фазе спелости озимой пшеницы, 2013-2015 гг. : —- минимум; - среднее;
- максимум.
к оптимальным, но их варьирование сильно различалось (рис. 2). Установлен также большой разброс плотности почвы между минимальными и максимальными значениями. Более плотное состояние почвенного профиля в вариантах без оборота пласта было отмечено морфологически при морфогенетическом описании почвенных разрезов.
Главные особенности изменения величин показателей плотности чернозема обыкновенного в зависимости от способа обработки почвы, на которых необходимо заострить внимание, заключаются в следующем. Во-первых, отмечено наличие агрогенно-уплотненного горизонта в подпосевном почвенном слое, наиболее отчетливо проявляющегося в вариантах с прямым посевом и поверхностной обработкой. Во-вторых, вследствие этого можно было наблюдать формирование в таких вариантах почвенных горизонтов с плотностью близкой к верхней границе оптимальных значений. При этом максимальные величины часто находились выше критического уровня.
Результаты статистической обработки экспериментальных данных свидетельствуют, что в верхнем посевном слое (0-10 см) при обработке почвы с оборотом пласта 100 % данных вариационного ряда плотности находились
в пределах оптимальных значений (1,0-1,25 гМсм3). Такие же в ели чины характе рны з для поверх0 остной основной обработкипочеы дискадо-ром. Безотвальная технология снижала величину этого п оказател ядо 86,7 %, то есть в 13,3 % случаев плотность превышмла оптимальную. Применен ие технологии прямого посева, исключающей интенсивН0е воздействие на обрабатываемый слой, приводило к формированию гетерогенного горизонта с большим варьированием знач ений плоз0ости почвы. При этом только в 40 % случаев она находилась в пределах оптимальных значений, а в 60 % превышала критически й 1^рзов е1-1ь (более 1,21 г/см3).
В нижележащем 0одпо-севном горизоние при тедно-логиях без оборота пласта, отмечено формирование уплотненного Го0 изонта. Ошбенно контрастно это п ро сл ежи-валось в варианте с прямым посевом. В среднем за годы исследований средняя плотность ТО ЧВ01 в горизо Н20 10-20 см была выше, чем в посевном (0-10 см, 1,24±0,028 г/см3), на 0,06 г/см3. Необходимо отметить также значительное ее превышение в этом горизонте по технологии прямого посева, по отношению к другим вариантам. Наименьшую плотность почвы отмечали при обработке с оборотом пласта (1,15±0,095 г/см3), что обусловлено интенсивным перемешиванием обрабатываемого слоя. Безотвальная обработка способствовала ее увеличению до 1,18±0,106 г/см3, поверхностная, с применением дискатора, формировала слой почвы с плотностью 1,24±0,151 г/см3.
Статистическая оценка вариационного ряда для слоя 10-20 см показала, что оборот пласта, способствуя хорошему перемешиванию почвы, обеспечивал более равномерное сложение этого горизонта. Причем 81,2 % всех экспериментальных данных находились в пределах оптимальных значений. Исключение механических обработок приводило к тому, что в пределах оптимума оставалось только 40,0 % значений, а у остальной части (60,0 %) величины этого показателя превышали 1,25 г/см3. При безотвальном и поверхностном способе основной обработки почвы доля критических значений уменьшалась соответственно до 26,7 и 53,3 %.
В подпахотным горизонте неоднородность сложения чернозема обыкновенного в некоторой степени сглаживалась, но общая закономерность, выявленная для обрабатываемого слоя, сохранялась. В горизонте 20-30 см доля значений вариационного ряда находящихся в оптимальном интервале по вспашке и безотвальной обработке составила
■20 4-7
I ♦
\ \
30 30
5
66,7 %, по поверхностной - 46,7 % и по технологии прямого посева - 53,3 %. Для горизонта 30-40 см: по вспашке -66,7 %; по безотвальной - 40,0 %, по поверхностной - 53,3 % и при прямом посеве - 53,3 %.
В фазе спелости озимой пшеницы в верхнем посевном горизонте почвы (0-10 см) наименьшие средние показатели плотности отмечены при безотвальной и поверхностной (дискатор) обработке. Они составляли соответственно 1,09±0,107 и 1,06±0,124 г/см3. Близкие величины установлены по вспашке (1,1±0,052 г/см3). Таким образом, в этих вариантах плотность находилась на нижней границе оптимальных значений. Исключение механической обработки пахотного слоя чернозема из цепи технологических операций приводило к заметному увеличению плотности до 1,24±0,028 г/см3, что находится близко к верхней границе оптимальных значений. Отмечены также серьезные различия в варьировании интервала между минимальными и максимальными значениями. Самым узким он был в варианте со вспашкой - от 1,02 до 1,16 г/см3 (0,14 г/см3). Более значительные различия свойственны технологиям без оборота пласта, в том числе, прямому посеву. По безотвальной обработке разброс составил от 0,95 до 1,27 г/см3 (0,32 г/см3), по поверхностной - от 0,85 до 1,24 г/см3 (0,39 г/см3), без обработки - от 1,08 до 1,41 г/см3 (0,32 г/см3).При этом по вспашке нижний квартиль был равен 1,07, верхний -1,15 г/см3, по безотвальной соответственно - 1,03 и 1,15 г/см3, по поверхностной - 0,98 и 1,15 г/см3, при прямом посеве - 1,14 и 1,31 г/см3. Таким образом, в варианте с оборотом пласта складывались условия для формирования более равномерно сложенного почвенного слоя.
В нижележащих горизонтах почвы происходило естественное увеличение плотности обрабатываемого слоя. Наибольший скачок в ее изменении отмечен при поверхностном способе обработки. В слое 10-20 см, по сравнению с вышерасположенным горизонтом, рост составил 0,18 г/ см3 при абсолютном среднем значении 1,24±0,15 г/см3. Обработка почвы с оборотом пласта не приводила к столь резким изменениям плотности двух соседних горизонтов (0-10 и 10-20 см), она находилась на одном уровне - 1,10±0,015 г/ см3 и 1,15±0,10 г/см3. При безотвальной основной обработке уплотнение было более заметным. Средняя величина этого показателя изменялась от 1,09±0,11 г/см3 (слой 0-10 см) до 1,18±0,11 г/см3. Наибольшая плотность почвы в горизонте 10-20 см была характерна для технологии прямого сева -1,30±0,11 г/см3, что очень сильно отличается от остальных вариантов. Различия, по сравнению со вспашкой, составили 0,2 г/см3, с безотвальной обработкой - 0,12 г/см3, с поверхностной - 0,06 г/см3.По степени увеличения минимальных и максимальных значений способы обработки почвы можно расположить в следующий ряд: вспашка - min = 0,98, max =1,27 г/см3; безотвальная - min = 0,99, max=1,33 г/см3; поверхностная - min = 1,01, max = 1,48 г/см3; нулевая - min = 1,1, max = 1,46 г/см3.
Более высокая плотность чернозема обыкновенного при технологиях, исключающих оборот пласта, была характерна и для подпахотного горизонта. Средние ее величины по вспашке в слое почвы 20-30 см составляли 1,16±0,149 г/см3, по безотвальной и поверхностной обработке - 1,25±0,043 г/см3 и 1,26±0,135 г/см3 соответственно, по нулевой - 1,22±0,108 г/см3. В горизонте 30-40 см она была равна 1,24±0,093, 1,32±0,109, 1,26±0,048 и 1,28±0,078 г/см3. При этом необходимо отметить, что максимальные в опыте величины по вспашке не превышали 1,42 г/см3, а при бесплужных обработках достигали 1,53 г/см3.
Таким образом, проведенные исследования плотности чернозема обыкновенного позволили установить
различную степень воздействия способов обработки на почвенную матрицу, а также формирование разнокачественного обрабатываемого и посевного слоев. В технологиях исключающих механическое перемешивание обрабатываемого слоя резко возрастала опасность увеличения плотности до критических значений и выше. Это может создать реальную угрозу нарастания дегра-дационных рисков и снижения продуктивности пашни. Существует мнение об условно необратимом характере таких изменений [36]. При этом потери урожая зерновых культур могут достигать 50-75 % в зависимости от удельного давления агрегата и влажности почвы [6, 7].
Еще один важный физический показатель плодородия почвы - структурное состояние. По результатам наших исследований оно варьировало в соответствии с изменением величин плотности и влажности. Оптимальным содержанием агрегатов агрономически ценного размера (0,25-10 мм) принято считать 70-80 %; доля глыбистой фракции при этом не должна превышать 20-30 %. Содержание пыли составляет, как правило, 3-5 % [7].
Уменьшение доли агрегатов размером 10-0,25 мм при сухом просеивании для средне- и тяжелосуглинистых почв до 50-60 % и ниже, а для легкосуглинистых и супесчаных -до 40-50 % и ниже резко ухудшает степень их крошения при обработке, сокращает устойчивость к водной и ветровой эрозиям, а также к уплотнению движителями сельскохозяйственной техники и в целом снижает плодородие. Содержание глыбистой фракции (>10 мм при сухом просеивании) в пахотном слое основных типов пахотных почв не должно превышать 20-30 %. Повышение величины этого показателя до 30-40 % и более свидетельствует о деградации физического состояния почвы [37].
Оптимальный размер почвенных агрегатов (при сухом просеивании) в случае дифференциации на поверхностный (0-4 см) и семенной слой (4-8 см) должен быть различным. В поверхностном слое должны преобладать агрегаты крупнее 5 мм, в семенном - менее 5 мм с колебаниями в зависимости от размеров семян. Такое строение верхней части пахотного слоя обеспечивает высокую водопроницаемость, повышает противоэрозионную и противодеф-ляционную устойчивость почвы, снижает потери влаги на физическое испарение и, главное, обеспечивает лучшую (дружную) всхожесть семян благодаря хорошему контакту их с почвенными частицами [38, 39].
По результатам наших исследований структурно-агрегатное состояние, как и другие анализируемые показатели, также определялось способом обработки почвы. Необходимо отметить значительное увеличение содержания глыбистой фракции почвенных частиц (>10 мм) по технологии прямого посева. В слое почвы 0-10 см ее доля была доминирующей и составляла 45,3 %, что намного выше, чем при других способах обработки (табл. 2). Это подтверждает деградационные изменения пахотного слоя чернозема обыкновенного. Кроме того, следует отметить высокую долю мезоагрегатов размером от 5 до 10 мм - 31,9 % и 7-10 мм - 20,3 %. Содержание агрегатов размером менее 5 мм при технологии прямого сева составляло всего 32,9 %.
На долю глыбистой фракции в технологиях с оборотом пласта приходилось значительно меньшее количество почвенных агрегатов - 27,1 %. Одновременно уменьшалось содержание мезоагрегатов размером 5-10 мм (до 27,8 %), доля почвенных агрегатов 0,25-5,0 мм достигала 56,5 %. Доминантной группой агрегатов в этом интервале были структурные отдельности размером 1-2 мм - 22,8 %.
При поверхностной обработке (дискатором) отмечали минимальное в опыте количество глыбистых частиц - всего 19,3 %, что на 26,0 % меньше, чем при
Таблица 2. Структурный состояние почвы в зависимости от способа обработки почвы (20132015 гг.), %
Вариант Слой Разме о почвенных фракций, мм
почвы >10 10 ■5 5-3 3-2 2-1 1-0.5 1 0,5-0,25 | <0.25
Безотвальная 0-10 24,3 17 3 14,4 16,8 21,7 1,6 2,7 1,1
10-20 35,4 23 7 14,0 10,3 10,8 1,6 2,7 1,5
Поверхностная 0-10 19,3 15 1 13,4 16,9 23,6 3,1 5,9 2,8
(дискатор) 10-20 33,1 21 0 15,5 13,2 13,6 1,4 1,7 0,6
Вспашка 0-10 27,1 15 1 12,7 15,9 22,8 1,8 3,2 1,3
10-20 27,5 18 3 13,5 15,5 18,0 1,8 3,4 2,0
Прямой посев 0-10 45,3 20 3 11,6 9,5 7,7 1,4 2,8 1,6
10-20 44,1 21 0 12,6 8,0 9,7 1,2 2,3 1,2
прямом посеве. Доля мезоагрегатов размером 5-10 мм составила в этом случае 28,5 %, что сопоставимо со вспашкой. Доминирующее положение в структуре принадлежало агрегатам размером 1 -3 мм (40,5 %).
Примерно такая же закономерность в структурной организации сохранялась в горизонте почвы 10-20 см. Наибольшее количество глыбистых частиц (<10 мм) отмечено при прямом посеве, их доля была примерно равна содержанию в посевном слое - 44,1 %. По другим способам обработки почвы отмечено заметное увеличение содержания агрегатов такого размера,по сравнению со слоем 0-10 см. Самым значительным оно было при поверхностной обработке - с 19,3 до 33,1 %. Вместе с тем среди аграномически ценных структурных отдельностей агрегатами-доминантами при обработке с оборотом пласта (вспашка) были почвенные частицы размером от 0,25 до 5,0 мм, на долю которых приходилось 52,2 % от общего количества агрегатов. При поверхностной обработке количество их снижалось до 45,4 %, по безотвальной до - 39,4 %. В варианте с прямым посевом величина этого показателя была минимальной в опыте - всего 33,7 %.
Несмотря на значительные различия между способами основной обработки почвы, количество пылеватых частиц по всем глубинам варьировало не существенно - в интервале 1,1-2,8 %.
На основании критериев оценки, предложенных А.Г. Бондаревым [37] и В.В. Медведевым [38, 39], в варианте с технологией прямого посева можно говорить о довольно значительных деградационных изменениях физических свойств почв. Доля глыбистой части почвенных агрегатов при технологии прямого посева намного превышает допустимый предел.
Интегральный показатель эффективности всех технологических приемов - продуктивность возделы-
ваемой культуры. В наших исследованиях максимальную урожайность зерна озимой пшеницы на тяжелосуглинистом обыкновенном черноземе обеспечила поверхностная обработка почвы с использованием дискаторов - 4,42 т/га. Технологии с оборотом пласта (вспашка) и безотвальной обработкой в этом отношении были менее эффективны и показали практически одинаковые результаты - 4,09 и 4,03 т/га. Прямой посев приводил к снижению сбора зерна с единицы площади до 3,67 т/га.
выводы. Изменение физических свойств пахотного слоя черноземов тяжелого гранулометрического состава в значительной степени определяется приемами основной обработки почвы. Наибольшие изменения происходят при использовании технологии прямого посева, под влиянием которой величины физических параметров сложения превышают равновесные для этого типа почв и достигают критических значений, свойственных деградированным почвам.
Оценивая физические параметры черноземов, можно констатировать, что наиболее близкие к оптимальным условия создаются при поверхностной обработке и вспашке. Прямой посев в течение первых лет использования не продемонстрировал декларируемых преимуществ. Его применение приводит к иссушению почвенного профиля до критических значений: в генеративной фазе развития озимой пшеницы содержание влаги в почве находится на уровне влажности завядания.
Наиболее высокую зерновую продуктивность обеспечивала технология поверхностной обработки почвы с использованием дискаторов. Урожайность составила 4,42 т/га. Прямой посев, вызывая деградационные изменения физических показателей тяжелосуглинистого чернозема, снижал сбор зерна до 3,67 т/га.
Литература.
1. Роде А.А. Избранные труды. Т. 4. Проблемы гидрологии почв. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россель-хозакадемии, 2009. 598 с.
2. Королев В.А. Современное физическое состояние черноземов центра Русской равнины. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2008.313 с.
3. Лебедева И. И. Современные гумусовые аккумуляции в черноземах Русской равнины // Современные проблемы почвоведения: тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. М.: Почв. Инст. им. В.В. Докучаева, 2000. С. 55-67.
4. Лебедева И.И. Гидрологические профили миграционно-карбонатных(типичных) черноземов и агрочерноземов//Почвоведение. 2002. № 10. С. 1214-1225.
5. Состав компонентов микроагрегатов черноземов Приволжской лесостепи /Л.С. Травникова, Т.М. Силева, И.М. Рыжова, З.С. Артемьева, Н.П. Чижикова //Агрохимия. 2006. № 8. С. 10-17.
6. Кузнецова И.В., Азовцева H.A., БондаревА.Г. Нормативы изменения физическихсвойств почв степной, сухостепной, полупустынной зон европейской территории России// Бюллетень Почвенного института им. В.В.Докучаева. 2011. Вып. 67. С. 3-19.
7. Кузнецова И.В., Уткаева В.Ф., БондаревА.Г. Нормативы изменения физических свойств пахотных черноземов лесостепной зоны Европейской России в условиях интенсивного сельскохозяйственного использования// Почвоведение. 2014. № 1. С.71-81.
8. Медведев В.В., Плиско В.В., Бигун О.В. Сравнительная характеристика оптимальных и реальных параметров черноземов Украины //Почвоведение. 2014. № 10. С.1247-1261.
9. Бондарев А. Г., Кузнецова И. В. Почвенно-физические основы применения энергосберегающих минимальных обработок почвы //Достижения науки и техники АПК. 2004. № 5. С.11-12.
10. Кузнецова И.В. Уплотняющее действие трактора «Беларусь» на черноземы Курской области // Почвоведение. 1978. № 10. С. 53-57.
11. Сапожников П.М., Прохоров А.Н. Модель уплотнения пахотного слоя сельскохозяйственной техникой//Почвоведение. 1990. № 5. С. 95-106.
12. Сапожников П.М., Уткаева В.Ф., Щепотьев В.Н. Характеристика процессов уплотнения - разуплотнения типичных черноземов //Изменение агрофизических свойств почв под воздействием антропогенных факторов: науч. труды Почв.ин-та им. В.В. Докучаева. М.: Почв. Инст. им.В.В. Докучаева, 1990. С.11-19.
13. Зонально-провинциальные нормативы изменений агрохимических, физико-химических и физических показателей пахотных почв европейской территории России при антропогенных воздействиях: метод. Рекомендации/А.С. Фрид, И.В. Кузнецова, И.Е. Королева, А.Г. Бондарев, Б.М. Когут, В.Ф. Уткаева, Н.А. Азовцева. М.: Почв. Ин-тим. В.В. Докучаева, 2010. 176с.
14. Николаев В.А. Изменение агрофизических свойств почвы в зависимости от уплотняющего воздействия колесных тракторов // Земледелие. 2015. № 3. С. 24-25.
15. Чевердин Ю.И. Длительность распашки и физическое состояние черноземов Каменной Степи // Земледелие. 2008. № 3. С. 28-30.
16. Влияние длительности использования миграционно-мицелярных агрочерноземов в земледелии на их структурное состояние /Ю.И. Чевердин, А.М. Гребенников, И.И. Лебедева, В.А. Исаев, Т.В. Титова//Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия: научно-практическая конференция. Курск: Изд-во ВНИИЗиЗПЭ, 2016. С. 318-322.
17. Опыт комплексной оценки влияния длительности земледельческого использования на свойства и режимы агрочерноземов Каменной степи / И.И. Лебедева, Г.С. Базыкина, А.М. Гребенников, Ю.И. Чевердин, В.А. Беспалов // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 83. С. 77-102.
18. Бондарев А.Г. Теоретические основы и практика оптимизации физических условий плодородия почв // Почвоведение. 1994. № 11. С. 10-15.
19. Кузнецова И.В., Бондарев А.Г., Данилова В.И. Устойчивость структурного состояния и сложения почв при уплотнении//Почвоведение. 2000. № 9. С.1106-1113.
20. Медведев В.В. Физическая деградация черноземов: Диагностика. Причины. Следствие. Предупреждение. Харьков: Изд-во «Городская типография», 2013. 324 с.
21. Ковда В.А. Переуплотнение пахотных почв (причины, следствия, пути решения) // отв. ред. Ковда В. А. М.: Наука, 1987. 216 с.
22. Скворцова Е. Б., Сапожников П. М. Динамика строения порового пространства при уплотнении и разуплотнении пахотных почв // Почвоведение. 1998. № 2. С. 167-175.
23. Бондарев А.Г. Проблема регулирования физических свойств почв в интенсивном земледелии//Почвоведение. 1988. № 9. С. 64-70.
24. Перфильев Н.В., Вьюшина О.А. Параметры темно-серой лесной почвы при длительном применении различных систем основной обработки // Земледелие. 2016. № 2. С. 23-25.
25. Динамика плотности почвы чернозема южного при минимализации основной обработки/ А.П. Солодовников, А. В. Летучий, Д. С. Степанов, Б.З. Шагиев, А.С. Линьков//Земледелие. 2015. № 1. С. 5-7.
26. Ресурсосберегающие обработки почвы в зернотравяном севообороте/И.С. Бызов, П.А. Постников, А.Б. Пономарев, Р.Р. Тари-фянова // Земледелие. 2015. № 1. С.15-17.
27. Шевченко Н.В., Лебедь Е.М., Пивовар Н.И. Сравнительная оценка минимальных технологий почвы при выращивании озимой пшеницы в северной степи Украины//Земледелие. 2015. № 2. С. 20-21.
28. Карпец В.В. Эффективность энергосберегающих обработок почвы при возделывании ячменя на черноземах южных Поволжья: автореф. дисс. ... канд. с-х. н. Саратов, 2015. 21 с.
29. Рыжих Л.Ю. Эффективность различных способов основной обработки серых лесных почв в условиях Предкамья Татарстана: автореф. дисс.... канд. с-х. н. Уфа, 2016. 23 с.
30. Бакаева Ю.Н. Эффективность No-till при выращивании яровой пшеницы с использованием куриного помёта, биопрепарата «Тамир» и аммиачной селитры в Оренбургском Предуралье: автореф. дисс.... канд. с-х. н. Оренбург, 2015. 19 с.
31. Пыхтин И.Г., Гостев А.В. Теоретические основы применения нулевых и поверхностных способовосновной обработки почв под зерновые культуры // Всеросс. науч.-прак. конф. «Информационно-технологическое обеспечение адаптивно-ландшафтных систем земледелия»: сб. докл. Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2012. С. 241-246.
32. Матвеев А.Г. Продуктивность озимой пшеницы в зависимости от технологии возделывания и удобрений на черноземе выщелоченном Центрального Предкавказья: автореф. дисс. ... канд. с-х. н. Ставрополь, 2015. 22 с.
33. Медведев В.В. Нульовийобробток грунту в бвропейських кранах. Харьков: Тов. Едена, 2010. 202 с.
34. Чевердин Ю.И., Вавин В.С., Ахтямов А.Г. Особенности гидрологического режима почв в агролесокультурных ландшафтах юго-востока ЦЧЗ // Научно-практ. конф. «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия»: сб. докл. Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2014. С. 109-112.
35. Турусов В.И., Чевердин Ю. И. Особенности гидрологического профиля и оценка влагозапасов черноземов Воронежской области //Земледелие. 2015. № 3. С. 5-8.
36. Медведев В.В. Изменчивость оптимальной плотности почв и ее причины // Почвоведение. 1990. № 5. С. 20-31.
37. Бондарев А.Г. О значении физических свойств почв в адаптивно - ландшафтном земледелии // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2007. № 60. C.71-74.
38. Медведев В.В. Теоретические и практические основы оптимизации физических свойств черноземов: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 1982. 47с.
39. Медведев В.В. Оптимизация агрофизических свойств черноземов. М.: Агропромиздат, 1988. 157с.
TRANSFORMATION OF PHYSICAL CHARACTERISTICS OF CHERNOZEMS AS A RESULT OF AGROGENIC IMPACT
Yu.I. Cheverdin, S.V. Saprykin, A.Yu. Cheverdin, A.N. Ryabtsev
V.V. Dokuchaev Research Institute of Agriculture of the Central Black-Earth Zone, p/o Institut im. Dokuchaeva, uch.2, Talovskii r-n, Voronezhskaya obl., 397463, Russian Federation
Abstract. The aim of our research was to study the transformation of physical characteristics of ordinary chernozem at different tillage technologies. The design of the experiment included the variants with soil overturning (plowing), subsurface, surface, and zero (direct seeding) cultivations. The soil of the experimental plot was heavy loamy ordinary chernozem with the medium content of humus. Field experiments were carried out in Pavlovsk district, Voronezh region on winter wheat crops. The results of the research showed a significant change in moisture conditions. In the technology of direct sowing it is registered dehydration of the soil profile up to the critical values -wilting moisture and below it. In the variant with plowing it did not fall below the interval "field moisture capacity-wilting moisture". The productive moisture reserves for all phases of plant development were higher in the variants with mechanical tillage than at the direct seeding. In the ripening phase of winter wheat zero tillage led to a decrease in the moisture reserves in the soil horizon 0-100 cm from 28.7-31.7 mm to 6.5 mm. The negative effect of zero tillage on the moisture supply of plants is evident in all phases of development. The direct seeding contributed to the reliable compression of chernozem and formation of agrogenic-compacted soil horizons. The density of the soil at zero treatment was from (1.24 ± 0.028) g/cm3 to (1.30 ± 0.105) g/cm3, at plowing it was from (1.10 ± 0.052) g/ cm3 to (1.15 ± 0.095) g/cm3. Soil compaction in the technology of direct seeding led to an increase in the share of blocky fraction up to 45.3 % vs. 27.1 % at the plowing. The degradation of physical parameters in the technology of direct seeding led to a reduction of productivity of winter wheat of 2.5 t/ha.
Keywords: chernozem, tillage, direct seeding, moisture, soil density, structure.
Author Details: Yj.I. Cheverdin, D. Sc. (Biol.), head of division (e-mail: cheverdin62@mail.ru); S.V Saprykin, post graduate student; A.Yu. Cheverdin, post graduate student; A.N. Ryabtsev, research fellow.
For citation: Cheverdin Yu .I., Saprykin S .V., Cheverdin A.Yu., Ryabtsev A. N. Transformation of Physical Characteristics of Chernozems as a Result of Agrogenic Impact. Dostizheniya naukiitekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 3. Pp. (in Russ.).
