CC BY
53
АВ. Филиппова, д.б.н, профессор, М.Д. Попова, аспирантка, Оренбургский ГАУ
В зоне засушливых степей плодородие пахотных чернозёмных почв снижается значительно быстрее,
чем плодородие чернозёмов умеренной климатической зоны [1]. Причинами являются низкая влажность почв, которая подавляет активность почвенных организмов, недостаток органического вещества для пополнения фонда питательных веществ и основы
для формирования гумусовых веществ. У пахотных чернозёмов появляется горизонт антропогенной природы с уплотнённой подплужной подошвой и изменением структурного строения, выраженного в появлении пылеватой и глыбистой структуры, усиливающей дефляционные процессы. По данным Е.В. Блохина, в условиях засушливого климата Оренбургской области дефляция создаёт большие проблемы и является наиболее опасным фактором, приводящим к потере плодородного слоя [2].
В связи с вышесказанным необходимо обратить внимание на снижение негативного влияния на почвы и начинать надо с оптимизации режимов почвообработки. Применение агротехнических приёмов в условиях резко континентального климата степной зоны, по нашему мнению, должно обеспечить не только оптимизацию агрофизических и агрохимических параметров почвы, но и условия для существования эдафона. Рассматривая почву как фоновую систему, характеризующуюся энтропией, свободной и внутренней энергией (по Э. Расселу), можно говорить о превышении энергии колебания почвенных частиц, величины энергии связей между ними вследствие применения большинства существующих агроприёмов. При этом происходит разрыв межагрегатных информационных и энергетических связей, что приводит к разрушению почвенной структуры. Чем значительнее по охвату почвенной массы вид обработки, тем больше риска реструктурирования почв.
Применяемые в настоящий момент виды обработок сельскохозяйственных полей и приёмы улучшения состояния почв в севообороте должны быть направлены в первую очередь на поддержание биологического разнообразия и численности почвенных организмов в пахотном слое. Это стремление можно назвать биологизацией земледелия, и актуальность такого рода исследований очевидна.
Целью наших исследований было изучение влияния агротехнических и агробиологических приёмов на экологические свойства чернозёма обыкновенного в условиях засушливого лета 2012 г. По данным климатического мониторинга, на изучаемой территории за период вегетации выпало 64 мм осадков при рекордных температурах и сильных ветрах (15 — 21 м/с) [3]. В задачи исследования входило определить влияние агротехнических и агробиологических приёмов на содержание эрозионно опасной фракции в почве исследуемых полей; основных элементов питания в пахотном слое почвы, численность и видовое разнообразие мезофауны в условиях засухи.
Объект и методы исследования. Исследование проводили в течение вегетационного периода в 2012 г. на учебно-опытном поле Оренбургского государственного аграрного университета, (центральная зона Оренбургской области) на чернозёмах южных. Для исследования были выбраны
следующие агротехнические приёмы: глубокая вспашка, безотвальная (плоскорезная) обработка, глубокое рыхление. При выборе агробиологических приёмов мы остановились на выводных полях под многолетними бобовыми травами (эспарцет посевной) и многолетними злаковыми травами (житняк ширококолосый).
Методика проведения эксперимента заключалась в сравнении ряда агрохимических, агрофизических и биологических показателей почв. Отбор проб почвы проводили в соответствии с ГОСТом 26483 — 85. Структурный состав почвы определяли методом сухого просеивания по Н.И. Саввинову. Содержание нитратов в почве определяли ионометрическим методом, в соответствии с ГОСТом 26951 — 86, обменного аммония — по методу ЦИНАО, в соответствии с ГОСТом 26489 — 85, рН солевой вытяжки — потенциометрическим методом (ГОСТ 26483 — 85); водорастворимый фосфор — в соответствии с ГОСТом 27753.5 — 87, калий — в соответствии с ГОСТом 27753.5 — 88, легкоподвижный калий в соответствии с ГОСТом 10 — 271-2000.
Результаты исследований. В результате исследования была проведена оценка действия агротехнических и агробиологических приёмов на фракционный состав почв с выявлением процентного соотношения эрозионно опасных структур (табл. 1). Любая операция по обработке почвы непосредственно влияет на её структурно-агрегатный состав, при этом всегда имеет место разрушение некоторого количества агрегатов, но параллельно происходит процесс воссоздания других структурных отдельностей [4]. Установлено, что при глубокой отвальной обработке содержание эрози-онно опасной фракции выше, чем в других видах обработок. Безотвальная обработка лидировала по количеству ценных фракций за счёт преобладания макроструктур. Этот показатель коррелирует с численностью почвенных организмов. Значимой разницы в вариантах с бобовыми и злаковыми травами отмечено не было.
По данным А.А. Квашина, Е.П. Божко, С.В. Гар-куши, изучающих воздействие агроприёмов на изменение содержания элементов питания на чернозёмах обыкновенных Западного Предкавказья, на агрохимические параметры почв в основном влияют севооборот и система удобрения [5]. По мнению В.И. Кирюшина, сложился противоречивый практический опыт по минимализации земледелия, в частности по использованию безотвальной обработки почвы [6]. Однако любые исследования по этому вопросу ложатся в багаж знаний, которые только начинают систематизироваться.
Исходя из результатов нашего эксперимента виды обработок повлияли не только на эрозийную устойчивость почв, но и на её агрохимические свойства. Отмечалось снижение содержание водорастворимого фосфора при глубокой вспашке (более чем на 3 мг/кг).
1. Структурность пахотного слоя в зависимости от применяемых агротехнических и агробиологических приёмов, %
Содержание фракций
Вариант <0,25 мм, эрозионно опасная фракция агрономически ценные
агрегаты
Глубокая вспашка 19,80 80,20
Безотвальная обработка 0,39 99,57
Глубокое рыхление 5,89 94,11
Многолетние бобовые 0,69 99,03
травы
Многолетние злаковые 0,75 99,69
травы
В условиях дефицита азота в почвах опытных полей большое значение имеет выбор агротехнических приёмов, обеспечивающих оптимальный азотный режим. В наших исследованиях вариант с глубоким рыхлением увеличил содержание нитратного азота на 2,49 мг/кг по сравнению с глубокой вспашкой, что согласуется с данными Л.Б. Нестеровой, А.Е. Кудрявцева, Н.Ф. Кудрявцевой, проводивших свои исследования в условиях Алтайского Приобья на обыкновенных чернозёмах умеренно засушливой колочной степи [7] (табл. 2). Глубокая вспашка приводит к уменьшению нитратного и увеличению содержания аммонийного азота, что может быть связано с высокой степенью аэрации и освобождением азота в атмосферу.
Оценивая эффект воздействия агробиологических приёмов на содержание основных элементов питания, можно констатировать факт снижения подвижного фосфора, калия и гумуса в варианте с использованием эспарцета посевного по сравнению с житняком ширококолосым (на 5,75, 2,95 и 1,04 мг/кг соответственно). Отмечается преобладание легкоподвижного азота в варианте с использованием бобовых многолетних трав (на 2,21 мг/кг).
Состояние фауны сельскохозяйственных полей в большинстве случаев не учитывается практиками при выборе технологий возделывания культур. Однако без понимания фактора биогенности почв и характера влияния агротехнических приёмов на состояние эдафона невозможно говорить о комплексном подходе к ведению экологически ориентированного сельскохозяйственного производства. В нашем исследовании мы учитывали влияние агротехнических приёмов на те систематические группы, которые оказывают значительное влияние на структурирование почв или являются основным звеном питания (например, нематоды). Результаты приведены в таблице 3.
Нарушение среды жизни мезобионтов глубокой вспашкой снижает их численность по сравнению с безотвальной обработкой на 18,8%.
Наибольшая численность мезобиотической группы организмов характерна для варианта с безотвальной обработкой (более 1000 экз. на га), сохраняющей относительное постоянство место -обитания почвенных организмов в данном виде обработки. Дополнительная аэрация почвенного горизонта при щадящем вмешательстве в местообитание при безотвальной обработке обеспечивает приток кислорода, что способствует стабильному функционированию почвенных сообществ относительно крупного размера, биология которых основана на газообмене всего тела (кожное дыхание). Разница между бобовыми и злаковыми многолетними травами по группе ЬышЬпета (дождевые черви) удивляет и может объясняться причинами ухудшения азотного режима в полях с посевами злаковых трав, так как при дефиците азота теряется привлекательность биома для дождевых червей. Количество видов, найденных в пахотном слое, в посевах эспарцета больше, чем житняка.
Выводы. Таким образом, каждый исследованный агротехнический и агробиологический приём характеризуется комплексным специфическим воздействием на почвенные условия.
Глубокая вспашка провоцирует увеличение доли эрозионно опасных фракций (20 %), сни-
2. Влияние агротехнических и агробиологических приёмов на содержание основных элементов питания, плодородия и кислотности чернозёмов обыкновенных в пахотном горизонте
Вариант Глубокая вспашка Безотвальная обработка Глубокое рыхление Многолетние бобовые травы Многолетние злаковые травы
Водораствор. фосфор, мг/кг 45,57 48,62 48,39 47,29 53,04
Калий, мг/кг 18,86 18,18 18,43 20,69 23,64
рН 6,66 6,58 7,01 6,53 6,91
Аммонийный азот, мг/кг 7,18 7,12 6,61 8,86 7,77
Легкоподвижн. калий, мг/кг 8,49 8,54 7,88 10,09 7,88
Нитратный азот, мг/кг 5,86 6,40 8,35 6,10 6,47
3. Количественный и качественный состав почвенных организмов в исследуемых вариантах
(кол. экз. в пересчёте на 1 га почвы)
Вариант Глубокая вспашка Безотвальная обработка Глубокое рыхление Многолетние бобовые травы Многолетние злаковые травы
Нематоды (Nematoda) 200 800 400 1600 1500
Дождевые черви (Lumbricina) 80 250 200 500 350
Коловратки (Rotatoria) 100 - - - -
Коллемболы (Collembola) - - - - 100
жает количество водорастворимого фосфора (45,5 мг/кг) и нитратного азота (5,86 мг/кг). Количество мезобионтов при данной обработке меньше по сравнению с другими изучаемыми приёмами.
Безотвальная обработка почвы характеризуется минимальным количеством эрозионно опасной фракции (менее 1%) и повышает содержание калия, формирует оптимальные условия для функционирования почвенных сообществ.
Глубокое рыхление почвы оптимизирует фракционный состав почв относительно эрозионно опасных фракций, повышает количество нитратного азота на 2 мг/кг, по количеству мезобионтов занимает промежуточное положение между двумя предыдущими видами обработок.
Многолетние бобовые обеспечивают оптимальное соотношение структурных агрегатов почвы, увеличивают содержание аммонийного азота в почве более чем на 1% по сравнению с многолетними злаковыми и увеличивает количество мезобионтов.
Многолетние злаковые не оказывают существенного влияния на формирование эрозионно
устойчивых фракций, но увеличивают содержание
фосфора и калия на 5 и на 3 мг/кг соответственно.
Численность мезобионтов ниже, чем в варианте
с использованием эспарцета.
Литература
1. Бондарев А.Г., Кузнецова И.В. Физические основы повышения плодородия // Органичесое вещество пахотных почв. М.:ВАСХНИЛ, 1987. С. 28 - 36.
2. Блохин Е.В. Экология почв Оренбургской области. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. 197 с.
3. Архив погоды в Оренбурге // «Расписание погоды» URL: http://rp5.ru/docs/informer/ru (дата обращения 30.03.2014 г.).
4. Деменюк Н.А., Рабочев А.Л. Влияние агроприёмов зяблевой обработки на структуру и сложение чернозёмной почвы // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 1 (39). С. 38 - 40.
5. Квашин А.А., Гаркуша С.В. Влияние системы обработки почвы и органических удобрений на отдельные элементы плодородия пахотного слоя и продуктивности севооборота на обыкновенном чернозёме Западного Предкавказья // Научные основы совершенствования системы земледелия в различных агроландшафтах Краснодарского края: труды КубГАУ. Вып. 425 (453). Краснодар, 2005. С. 191 - 192.
6. Кирюшин В.И. Проблема минимализации обработки почвы: перспективы развития и задачи исследований // Земледелие. 2013. № 7. С. 3 - 6.
7. Нестерова Л.Б., Кудрявцев А.Е., Кудрявцева Н.Ф. Влияние агротехнических приёмов обработки почвы на физические свойства почв и мобилизацию подвижных форм азота в условиях Алтайского Приобья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2009. № 6 (56). С. 13 - 17.
