CC BY
77
О/
ПЛОДОРОДИЕ
doi: 10.24411/0044-3913-2020-10501 УДК 631.417.2:631.51.01:631.445.4
Влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири
А. Н. ВЛАСЕНКО, академик РАН, доктор сельскохозяйственных наук, руководитель научного направления (e-mail: anatoly_ [email protected]) П. И. КУДАШКИН, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Н. Г. ВЛАСЕНКО, академик РАН, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства СФНЦА РАН, пос. Краснообск, Новосибирский р-н, Новосибирская обл., 630501, Российская Федерация
Гумус как основное органическое вещество почвы обусловливает агрономически ценные свойства и продуктивность почв. Исследования проводили с целью определения влияния ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири. Работу выполняли в зало -женном в 2008 г. длительном стационарном полевом эксперименте по сравнительному изучению No-till и традиционной технологии, основанной на глубоком рыхлении почвы. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный, средне-суглинистый. Образцы из 0...20 см слоя отбирали в двух трехпольных севооборотах, включающих два поля пшеницы и одно поле овса или полевых капустовых культур, которые выращивали с внесением NmP20 и комплекса средств защиты растений. При использовании No-till технологии на поверхности почвы накапливалось в среднем 367г/м2 воздушно-сухой массы растительных остатков и мульчи, что выше, чем на фоне традиционной технологии возделывания, в 1,8 раза. Содержание гумуса в слое почвы 0.20 см в начале второй ротации (2011 г.) в севообороте с капустовыми культурами в варианте с No-till технологией было выше на 0,27 %, чем при традиционной, а в севообороте с овсом, напротив, ниже на 0,22 %. После 11 лет выращивания культур содержание гумуса в слое 0.20 см в се-
вообороте с овсом увеличилось на 0,25 %, с капустовыми культурами - на 0,68 %. В среднем по опыту величина этого показателя на фоне No- till технологии была на 0,37 °% выше, чем при традиционной. Наиболее значимые изменения в содержании гумуса отмечены в севообороте с капустовыми культурами, где оно увеличилось на 0,70 %, тогда как в варианте с овсом при обеих технологиях величина этого показателя была практически одинаковой, что свидетельствует о важности подбора культур для повышения почвенного плодородия.
Ключевые слова: плодородие почвы, гумус, ресурсосберегающие технологии, No-till технология, зерновые и капустовые культуры.
Для цитирования: Власенко А. Н., Кудашкин П. И., Власенко Н. Г. Влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири // Земледелие. 2020. № 5. С. 3-5. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10501.
В формировании плодородия почвы ведущую роль играет гумус как основное органическое вещество, которое определяет все агрономически ценные свойства и продуктивность почв. Поэтому одна из основных задач земледелия - сохранение и дальнейшее увеличение содержания гумуса в почве [1].
Большое количество пахотных земель испытывают антропогенную нагрузку в виде сокращения поступления растительных остатков, высокой аэрации пахотного слоя и изменения питательного режима. Из-за отказа от внесения органических и минеральных удобрений возникла серьезная проблема дегумификации пахотных почв и снижения плодородия в целом [2]. Распаханные земли часто подвержены воздействию водной и ветровой эрозии, и основные потери гумуса связаны с этими процессами. Интерес к гумусу в последние десятилетия вызван распространением ресурсосберегающих технологий, при которых не только
растительные остатки, но и удобрения накапливаются в верхнем (0...10 см) слое почвы, что снижает их эффективность [3].
Для уменьшения потерь гумуса необходимо также использовать комплекс агротехнических мероприятий, прежде всего, это почвозащитные севообороты с почвозащитной системой обработки. В исследованиях, проведённых на южных чернозёмах Западной Сибири и Северного Казахстана, установлено, что сокращение глубины и частоты механической обработки способствует существенному сокращению потерь гумуса благодаря снижению интенсивности процессов эрозии и минерализации органического вещества [4]. Аналогичные результаты были получены на черноземе выщелоченном южной лесостепи Западной Сибири, где при минимизации обработок почвы темпы убыли запасов гумуса в пахотном слое были в 1,5.2,0 раза слабее, по сравнению со вспашкой [5]. Длительное применение нулевой системы обработки при возделывании яровой пшеницы в зернопаровом севообороте с внесением азотных удобрений и использованием химических средств защиты от сорняков, включая подготовку пара, значительно снижало интенсивность минерализации почвенного органического вещества чернозема выщелоченного в Курганской области, что поддерживало более высокий уровень общего и лабильного гумуса
[6]. Система No-till обеспечивает улучшение питательного режима почвы, стимулирует ее биологическую активность, увеличивает содержание органического вещества и способствует образованию гуминовых веществ, которые улучшают физические, химические и биологические свойства почвы. Оставленная на поверхности почвы стерня разлагается с образованием различных гуминовых соединений в зависимости от отношения C:N и содержания лигнина. Это свидетельствует о том, что нужно заботиться не только о количестве стерни, которая остается на поверхности почвы, но и о ее качестве
[7]. В исследованиях, проведенных на типичных черноземах, показано, что система No-till оказывает благоприятное влияние на процесс гумусоо-бразования в слое 0.20 см, которое сопровождается накоплением N-NO3, N-NH4, подвижных форм фосфора и калия [8]. Результаты исследований на черноземе обыкновенном карбонатном южной сельскохозяйственной
Ы (D 3 ь
(D д
(D Ь 5
(D
сл 2 О м о
зоны Ростовской области показали, что многолетнее использование ресурсосберегающих технологий способствует постепенной стабилизации гумусного состояния почвы. Содержание гумуса в пахотном горизонте чернозема обыкновенного на фоне прямого посева и минимальной обработки варьирует в пределах 4,2...5,0 %, что, согласно нормативам основных показателей плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения Ростовской области, соответствует оптимальному уровню [9]. На черноземе южном в Волгоградской области уже через 5 лет после перехода от традиционной обработки с оборотом пласта к нулевой отмеченатенденцияувеличения содержания гумуса на 0,18 % [10].
Цель исследований - изучить влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном северной лесостепи Западной Сибири.
Работу проводили в длительном стационарном опыте, заложенном в 2008 г на опытном поле СибНИИЗиХ СФНЦА РАН, расположенном в северной лесостепи Западной Сибири. Оценку преимуществ и недостатков No-till технологии возделывания зерновых культур выполняли, в сравнении с традиционной технологией на основе безотвального глубокого рыхления. Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднесуглинистый, средней мощности, содержание гумуса в слое 0.30 см 4,4 %, общего азота -0,34 %, валового фосфора - 0,30 %, подвижного фосфора и калия (по Чирикову) - соответственно 290 мг/кг и 130 мг/кг рН - 6,7.6,8 [11]. Традиционная технология ориентирована на максимально возможное сохранение пожнивных остатков, No-till - на сохранение растительных остатков на поверхности почвы, которое, наряду с исключением механической обработки, выступает одним из основополагающих ее принципов [12].
Схема опыта предусматривала следующие варианты:
обработка почвы с соответствующим способом посева (фактор А) - осеннее рыхление орудием со стойками СибИМЭ на глубину 25.27 см, предпосевная культивация на глубину заделки семян и посев сеялкой СЗП-3,6 (традиционная технология); посев по оставленной с осени стерне сеялкой с анкерными сошниками шириной 2 см о (технология No-till); rn севооборот (фактор В) - пшеница -^ пшеница - овес; пшеница - пшеница -о полевые капустовые (рапс, горчица | сарептская, редька масличная).
При обеих технологиях общим фо-® ном вносили минеральные удобрения S (N60P20) и комплекс средств защиты $ растений по единой схеме: протрав-
ливание семян зерновых фунгицидом, в фазе кущения зерновых обработка пшеницы баковой смесью грамини-цида и дикотицида, овса - только ди-котицидом, в фазе флаг-лист - начало колошения зерновых посевы пшеницы опрыскивали баковой смесью фунгицида и инсектицида против листостебель-ных инфекций и пшеничного трипса. Семена капустовых обрабатывали инсектицидным протравителем, в фазе розетки листьев посевы опрыскивали баковой смесью граминицида и дикотицида. Посев всех культур осуществляли до массового появления сорняков. Повторность опыта 3-кратная. Размер опытной делянки - 360 м2. До закладки опыта на поле два года подряд выращивали яровую пшеницу в качестве уравнительного посева и для создания хорошего стерневого фона. Урожайность этих посевов находилась на уровне 4,0 т/га. К началу закладки эксперимента в 2008 г на поверхности почвы накопилось 312 г/м2 воздушно-сухих растительных остатков.
Образцы почвы отбирали тростевым буром с глубины 0.20 см в 3-х кратной повторности [13] в реперных точках двух севооборотов с использованием No-till и традиционной технологий. Содержание гумуса определяли по методу Б.А. Никитина [14].
Наиболее доступный, экологически безопасный и дешевый источник органического вещества для почвы - растительные остатки, солома и зеленые удобрения (сидераты) [15, 16]. Возвращение в почву растительных остатков способствует поддержанию и улучшению ее качества и продуктивности, благодаря чему появляется возможность снижения объемов применения минеральных удобрений. Управление растительными остатками также может оказывать влияние на поглощение углерода, сохранение его в почве и сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу [17].
В нашем опыте при использовании No-till технологии на поверхности почвы накапливалось значительное количество растительных остатков и мульчи. В среднем за годы исследований их воздушно-сухая масса достигала 367 г/ м2, что было выше, чем на фоне традиционной технологии возделывания (209
г/м2), в 1,8 раза. Больше растительных остатков накапливалось после овса при выращивании по No-till технологии -405 г/м2, в варианте с традиционной технологией часть их заделывали в почву и на поверхности оставалось 234 г/м2 растительных остатков. После полевых капустовых величина этого показателя составляла 330 г/м2 и 185 г/м2 соответственно. Меньшее количество растительных остатков в этом варианте связано с более быстрым разложением капустных, в сравнении с овсом. Известно, что наибольшее количество легкоразлагаемых компонентов содержится в биомассе редьки масличной и соломе гороха, меньше - в соломе озимых и яровых зерновых, еще меньше - в остатках кукурузы, при этом соотношение C:N (при N=1) в надземной массе редьки масличной составляет 17, в корневой массе - 28, яровой пшеницы - 78 и 55 соответственно [18]. После яровой пшеницы, возделываемой по No-till технологии, в севообороте с овсом накапливалось 385 г/м2 растительных остатков, с редькой масличной - 330 г/ м2, по традиционной технологии - 252 и 201 г/м2 соответственно.
Содержание гумуса в слое почвы 0.20 см в начале второй ротации севооборотов (2011 г) в среднем было одинаковым при обеих технологиях. Однако в севообороте с капустовыми культурами отмечена тенденция его повышения при No-till технологии, в сравнении с традиционной, на 0,27 %, а в севообороте с овсом, напротив, снижения на 0,22 % (см. табл.). Существенных различий в содержании гумуса в зависимости от изучаемых приемов после первой ротации не установлено. После 11 лет выращивания культур гумусированность почвы в слое 0.20 см в севообороте с овсом увеличилась на 0,25 %, с капустовыми - на 0,68 %. При этом отмечена выраженная тенденция роста величины этого показателя в варианте с No-till технологией, по сравнению с традиционной, основанной на глубоком безотвальном рыхлении, в среднем по опыту на 0,37 %. Наиболее заметные изменения произошли в севообороте с капустовыми, в котором содержание гумуса при No-till технологии досто-
Влияние ресурсосберегающих технологий на содержание гумуса в черноземе выщелоченном в слое 0...20 см, %
Обработка почвы Севооборот Среднее
с овсом с капустовыми
2011 г.
No-till 4,50 5,00 4,75
Глубокое рыхление 4,78 4,73 4,75
Среднее 4,64 4,87
2019 г.
No-till 4,90 5,90 5,40
Глубокое рыхление 4,87 5,20 5,03
Среднее 4,89 5,55
НСР05 для обработки почвы и севооборота - 0,38, частных средних 0,54
верно возросло на 0,70 %, тогда как в варианте с овсом различий не наблюдали. Это подтверждают результаты сравнительной оценки интенсивности разложения целлюлозы под посевом яровой пшеницы. Было показано, что целлюлозолитическая активность почвы усиливается при систематическом прямом посеве по необработанной с осени стерне, в сравнении с технологией на основе глубокого безотвального рыхления и больше в севообороте с капустовыми. При выращивании пшеницы с обработкой почвы ее биологическая активность выше в севообороте с овсом [19].
Кроме того, было показано [20], что сохранение и накопление растительных остатков на поверхности почвы, наряду с введением в севооборот культуры со стержневой корневой системой, способствует постепенному запуску механизмов восстановления почвенных агрегатов, улучшению структуры почвы, созданию оптимальной плотности сложения, изменению питательного режима почвы.
Таким образом, длительное возделывание культур в севообороте по обеим технологиям способствует увеличению содержания гумуса в слое 0.20 см чернозема выщелоченного северной лесостепи Западной Сибири. При этом в варианте с No-till технологией оно возрастает сильнее, чем на фоне с традиционной технологией, основанной на глубоком безотвальном рыхлении. Наиболее заметное увеличение содержания гумуса при No-till технологии отмечено в севообороте с капустовыми культурами, что подтверждает важность подбора культур для повышения почвенного плодородия.
Литература.
1. Органическое вещество и ферментативная активность чернозема выщелоченного в зависимости от приемов основной обработки почвы и удобрения / З. З. Аюпов, Л. В. Сидорова, Н. С. Анохина и др. //Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2010 (2). С. 11-16.
2. Еремин Д. И., Ахтямова А.А. К вопросу стабилизации гумусного состояния пахотных черноземов за счет запашки соломы зерновых культур // Вестник КрасГАУ. 2017. №4.С. 18-24.
3. Влияние элементов биологизации земледелия на динамику лабильных гумусовых веществ, урожайность и качество зерна озимой пшеницы / З. З. Аюпов, Н. С. Анохина, И. Ф. Миннебаева и др. // Вестник ОГУ. 2009. №6. С. 537-539.
4. Кирюшин В. И., Лебедева И. Н. Изменение содержания гумуса черноземов Сибири и Казахстана под влиянием сельскохозяйственного использования // Докл. ВАСХНИЛ. 1984. № 5.С. 4-7.
5. Холмов В. Г., Юшкевич Л. В. Интенсификация и ресурсосбережение в земледелии лесостепи Западной Сибири. Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2006. 396 с.
6. Динамика органического вещества чернозема выщелоченного при минимизации обработки почвы и применении средств химизации / С. Д. Гилев, И. Н. Цымбаленко, А. П. Курлов и др.// Плодородие. 2015. №2. С. 34-36.
7. Crovetto C. No Till, the Stubble and the Soil Nutrition // Conservation Agriculture: Environment, Farmers Experiences, Innovations, Socio-economy, Policy. Springer, 2003. P. 39-48.
8. Jigau Gh. Elements of evolution for typical chernozem humus moderated under various tillage conditions // Scientific Papers. Series A. Agronomy. 2014. Vol. LVII. P. 25-30.
9. Содержание и запас гумуса в черноземе обыкновенном при использовании различных систем основной обработки/ А. М. Медведева, О. А. Бирюкова, Я. И. Ильченко и др. // Успехи современного естествознания. 2018. № 1. С. 29-34.
10. Изменение показателей состояния органического вещества и физических свойств чернозема южного при переходе от традиционной к нулевой обработке / Б. А. Борисов, Р. Ф. Байбеков, Д. О. Рогожин и др. // Земледелие. 2018. № 8. С. 14-16.
11. Кирюшин В. И., Власенко А. Н., Иодко Л.Н.Влияние различныхспособов основной обработки на плодородие выщелоченных черноземов Приобья // Почвоведение. 1991. № 3.С. 97-106.
12. Current status of adoption of No-till farming in the world and some of its main benefits / R. Derpsh, T. Friedrich, A. Kassam, et al. // International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2010. V. 3. №1. P. 1-26.
13. Пособие по проведению анализов почв и составления агрохимических картограмм / Под ред. Н. П. Карпинского. М.: Россельхозиздат, 1969. 327 с.
14. Никитин Б. А. Методика определения гумуса почвы // Агрохимия. 1999. № 5. С. 91-93.
15. Хабиров И. К., Хазиев Ф. Х., Багаутди-нов Ф. Я. Влияние органических удобрений на плодородие серыхлесныхпочв Башкирии // Почвоведение. 1995. № 4. С. 465-471.
16. Чуян Н. А., Масютенко Н. П., Еремина Р. Ф. Влияние внесения навоза и растительных остатков на плодородие чернозема и продуктивность зернопропашного севооборота в условиях лесостепи ЦЧЗ // Агрохимия. 2008.№ 9. С. 29-36.
17. Русакова И. В. Теоретические основы и методы управления плодородием почв при использовании растительных остатков в земледелии. Владимир: ФГБНУ ВНИИОУ, 2016. 131 с.
18. Лебедева Т. Б., Надежкин С. М., Арефьева М. В. Трансформация растительного вещества и гумусовое состояние чернозема выщелоченного при использовании удобрений и известкования // Агрохимия. 2006. № 11. С. 18-24.
19. Власенко Н. Г., Теплякова О. И., Коротких Н. А. Интенсивность разложения целлюлозы под влиянием технологии возделывания и предшественника // Плодородие. 2015. №4 (85). С. 35-38.
20. Власенко А. Н., Власенко Н. Г., Ку-дашкин П. И. Изменение показателей плодородия чернозема выщелоченного лесостепи Приобья при использовании технологии No-till // Агрохимия. 2019. №12. С. 16-21.
Influence of resource-saving technologies on the humus content in leached chernozem of the Northern forest-steppe of Western Siberia
A. N. Vlasenko, P.I. Kudashkin, N.G. Vlasenko
Siberian Research Institute of Farming and Chemicalization of Agriculture of the SFRCAB of the RAS, pos.Krasnoobsk, Novosibirskiir-n, Novosibirskayaobl., 630501, Russian Federation
Abstract. Humus, as the main organic substance, determines the agronomically valuable properties and productivity of soils. The research aimed to determine the impact of resource-saving technologies on the content of humus in the leached chernozem of the Northern forest-steppe of Western Siberia. The work was carried out in a long-term stationary field experiment on the comparative study of no-till and traditional technology, based on the deep loosening of the soil. The stationary experiment was established in 2008. The soil of the experimental plot was leached medium-loamy medium-thick chernozem. The soil from the soil layer of 0-20 cm were sampled in two three-field crop rotations, included two fields of wheat and one field of oats or field cruciferous vegetables. The cruciferous crops were grown with the application of N60P20 and a complex of plant protection preparations. When using no-till technology, on average367g/ m2 of the air-dry mass of plant debris and mulch was accumulated on the soil surface, which is 1. 8 times higher than with traditional cultivation technology. The humus content in the soil layer of 0-20 cm at the beginning of the second rotation (2011) in the crop rotation with cruciferous crops in the variant with no-till technology was higher by 0.27% than in the traditional crop rotation, and in the rotation with oats, on the contrary, it was lower by 0.22%. In 11 years of growing crops, the humus content in the layer of 0-20 cm in the crop rotation with oats increased by 0.25%, with cruciferous crops - by 0.68%. On average, the value of this indicatoragainst the background of no-till technology was 0.37% higher than of the traditional one. The most significant changes in the humus content were noted in the rotation with cruciferous crops, where it increased by 0.70%, while in the variant with oats, the value of this indicator was almost the same for both technologies, which indicates the importance of crop selection for increasing soil fertility.
Keywords: soil fertility; humus; resource-saving technologies; no-till technology; cereal and cruciferous crops.
Author Details: A. N. Vlasenko, member of the RAS,D. Sc. (Agr.), head of research group(e-mail: [email protected]); 3 P. I. Kudashkin, Cand. Sc. (Agr.), senior re- ® search fellow;N. G. Vlasenko, member of the 2 RAS,D. Sc. (Biol.), chief research fellow. ®
For citation: Vlasenko AN, Kudashkin ^ PI, Vlasenko NG [Influence of resource- u saving technologies on the humus content in ® leached chernozem of the Northern forest- Z
10
steppe of Western Siberia].Zemledelie. 2020. 5 (5):3-5. Russian. doi: 10.24411/0044-3913- 0 2020-10501. g
■ O
