CC BY
30
УДК 631.5:631.43:631.445.4
ВЛИЯНИЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ, ВИДА СЕВООБОРОТА И ЭКСПОЗИЦИИ СКЛОНА НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЦЧР
г.н. ЧЕРКАСОВ, член-корреспондент РАСХН, директор
М.Н. МАСЮТЕНКО, аспирант
А.В. КУЗНЕЦОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник
ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии Рос-сельхозакадемии
E-mail: [email protected]
Резюме. В работе представлены результаты изучения динамики продуктивной влаги и твердости почвы, а также структурно-агрегатного состояния чернозема типичного в многофакторном полевом стационарном опыте ВНИИЗиЗПЭ, заложенном в 1984 г. (Курская область). Исследования проводили в 2011-2012 гг. на водораздельном плато, склонах северной и южной экспозиции в 7-ю ротацию зернопаро-пропашного и зернотравяного севооборотов при отвальной и безотвальной обработках почвы. Запасы продуктивной влаги в слоях 0...20 и 0...100 см чернозема типичного в изучаемые годы в чистом пару, на многолетних травах и озимой пшенице от мая к июню снижались, а далее к сентябрю характер и направленность их динамики различались в зависимости от экспозиции склона, вида севооборота и системы обработки почвы. Экспериментально подтверждена влагонакопитель-ная функция чистого пара. В зернотравяном севообороте выявлена отличная водоустойчивость структуры почвы в пахотном и подпахотном слоях на склонах всех экспозиций. В зернопаропропашном севообороте на водораздельном плато и северном склоне в слое 0.20 см она была хорошей, на южном водоустойчивость структуры почвы зависела от способа обработки: при отвальной - удовлетворительная, при безотвальной - хорошая. Накопление микробной биомассы в агрономически ценных агрегатах диаметром 3.1 мм в черноземе типичном было выше, чем в общем образце почвы, в 1,5-2,1 раза. Причем в зернопаропропашном севообороте при безотвальной обработке на водораздельном плато и северном склоне это более выражено, чем при отвальной. Характер динамики и величина твердости почвы зависят от её глубины, севооборота, экспозиции склона, системы обработки почвы. Она сильно варьирует в пространстве (К вар.= 11.219 %) и во времени (Квар =25,7.129,4%).
Ключевые слова: чернозем типичный, продуктивная влага, динамика, структурно-агрегатный состав, водопрочность структуры, микробная биомасса, плотность, твердость почвы, севооборот, система обработки почвы, экспозиция склона.
Физические свойства оказывают большое влияние на плодородие и устойчивость почвы к деградации. Механические элементы и структурные отдельности -это матрица [1], на которой протекают все физико-химические процессы, развитие корневых систем, поглощение питательных элементов.
Сельскохозяйственные культуры и севооборот оказывают прямое и косвенное воздействие на физические свойства почвы. Обработка почвы - важный фактор управления и регулирования физическими параметрами плодородия [2...6]. Приемы обработки занимают особое место в системе земледелия. Местоположение на рельефе влияет на тепловой, водный и воздушный режимы, а, следовательно, и на агрофи-зическоесостояние почвы. Поэтому изучение влияния агрогенных факторов на агрофизические свойства почвы и их динамику в зависимости от экспозиции склона необходимо для разработки системы регулирования
ее состояния, нормирования антропогенной нагрузки на агроландшафты, улучшения условий возделывания сельскохозяйственных культур в условиях выраженного рельефа.
Цель наших исследований - изучение влияния разных по интенсивности систем обработки почвы и севооборотов на динамику продуктивной влаги и твердости почвы, а также структурно-агрегатное состояние чернозема типичного в зависимости от экспозиции склона.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2011 -2012 гг. в многофакторном полевом стационарном опыте ВНИИЗиЗПЭ (Медвенский район, Курская обл.) на чернозёме типичном тяжелосуглинистом на водораздельном плато, склонах северной и южной экспозиции в 7-ю ротацию четырехпольных зернопаропропашного (ЗППС) и зернотравяного (ЗТС) севооборотов при отвальной и безотвальной обработках, без внесения удобрений. Глубина обработки почвы 20...22 см, под пропашные культуры - 28...30 см. В 2011 г. в ЗППС был чистый пар, в ЗТС - травы; в 2012 г. в обоих севооборотах возделывали озимую пшеницу.
Содержание гумуса в пахотном слое чернозема типичного на южном склоне составляло 4,72.5,05%, на северном - 5,05.5,38%, на водораздельном плато -5,30.5,86% [7]. Концентрация подвижного фосфора и калия в почве - средняя. Реакция солевой вытяжки на северном склоне и водораздельном плато колебалась от 5,2 до 6,0. На южном склоне наблюдалась тенденция к подщелачиванию почвы. Сумма поглощённых оснований в почве на этом элементе рельефа составляла 29,5.30,1 мг-экв/100 г, что на 10.16% выше, чем на северном склоне и водораздельном плато.
Влажность почвы определяли термостатно-весовым методом, плотность - буровым методом по Н.А. Качинскому [8]. Отбор образцов почвы на влажность проводили в 3-кратной повторности через 10 см в метровом слое в мае и сентябре; в слое 0.50 см - в июне и конце июля. Влажность устойчивого завядания (ВЗ) рассчитывали по установленной гигроскопической (ГВ) влажности (ВЗ=2,5-ГВ). Твердость почвы определяли твердомером (пенетрометром DICKEY-john) на глубинах 7,5, 15 и 21 см в 10-кратной повторности; микробную биомассу в агрономически ценных агрегатах 3. 1 мм и общем образце почвы в слоях 0.10, 10.20 см в период максимальной биологической активности -регидратационным методом по Благодатскому и Пан-никову [9]. Полученные данные обработаны методами математической статистики [10].
Результаты и обсуждение. Среди показателей агрофизического состояния почвы важное значение имеют запасы продуктивной влаги (ПВ), характеризующие обеспеченность растений доступной влагой [11]. В 2011 г. на водораздельном плато и северном склоне характер динамики величины этого показателя в слое почвы 0.20 см (рис.1) был одинаковым: она снижалась от мая к июню, повышалась в конце июля и падала в сентябре. На южном склоне запасы ПВ в рассматриваемых
2011 ГОД
«
>я С
= 5
§ 2
40
35 30
20
£ &
ИГ ^ о ш
„ 15
10
ш
I
Северная экспозиция
I
1
2 §
ЮжНЯЯ ЖСПОЧ1 п_р [Я
1П1ШЖ
I £
В од ор а»дел ьное плато
2012 год
40
35 3 О 25 20 1? 10 5
(ннйЫЫн I
Северная экспозиция
а _
И экспозиция
Рис. 1. Динамика запасов продуктивной влаги в черноземе типичном (слой 0...20 см) в зависимости от обработки, вида севооборота и экспозиции склона: | - ЗППС, отвальная обработка; - ЗППС, безотвальная обработка; [] - ЗТС, отвальная обработка.
слоях от мая к июню снижались, а затем направленность их динамики зависела от вида севооборота: в ЗППС к июлю и сентябрю они увеличивались, а в ЗТС - к июлю повышались, но в сентябре падали. Накопление продуктивной влаги в почве чистого пара в июне - сентябре в зернопаропропашном севообороте, по сравнению с зернотравяным, установлено на южном склоне и водораздельном плато.
В 2012 г. в посевах озимой пшеницы характер динамики запасов ПВ в слое почвы 0...20 см зависел от экспозиции склона и вида севооборота. На южном склоне в обоих севооборотах, водораздельном плато ЗППС и на северном склоне ЗТС запасы продуктивной влаги в слое почвы 0.20 см снижаются от мая к июню, повышаются к концу июля и в сентябре. На северном склоне в ЗППС в рассматриваемом слое они уменьшаются от мая к июню, затем до конца июля находятся примерно на одном уровне, а в сентябреувеличиваются почти в 2 раза. На водораздельном плато в ЗТС - от
мая к июню повышаются, к концу июля снижаются, а в сентябре повышаются в 1,8 раза.
В 2011 г. в чистом пару в ЗППС в основном на всех элементах рельефа не выявлено устойчивых различий в запасах продуктивной влаги в почве при разных по интенсивности системах обработки, а в 2012 г. в посевах озимой пшеницы на северном склоне в июне-сентябре в ЗППС при безотвальной обработке в слое 0.20 см они были выше, чем при отвальной, на 21.26%, а в слое 0.100 см - на 33%.
Оценка запасов продуктивной влаги в пахотном и метровом слоях почвы по специальной шкале [8] показала (рис. 2), что в горизонте 0.20 см в мае, июне и конце июля 2011 г. они были в основном удовлетворительными. Неудовлетворительные величины этого показателя отмечены в июне в ЗТС вне зависимости от экспозиции склона и в ЗППС на водораздельном плато, а также в конце июля в ЗТС на водораздельном плато. В сентябре удовлетворительные запасы ПВ в рассматриваемом слое почвы наблюдали в ЗППС на южном склоне и водораздельном плато, а неудовлетворительные - в ЗППС на северном склоне и в ЗТС на всех экспозициях. За период с мая до начала сентября выпало 168,6 мм осадков.
В мае 2012 г. в слое почвы 0.20 см запасы продуктивной влаги в ЗППС на всех экспозициях оценивались как
Водор агздельыое плато
Рис. 2. Динамика запасов продуктивной влаги в 2011 -2012 гг. в черноземе типичном (слой 0.100 см) в зависимости от обработки, вида севооборота и экспозиции склона (отв. обр. - отвальная обработка, безотв. обр. - безотвальная обработка, СЭ - северная эспозиция, ЮЭ - южная экспозиция, ВП - водораздельное плато): ■ - май; - сентябрь.
удовлетворительные, в ЗТС - неудовлетворительные. В июне и июле они были преимущественно неудовлетворительными. Удовлетворительные запасы ПВ в июне наблюдали на водораздельном плато в ЗТС и в июле - на южном склоне в ЗППС при безотвальной обработке. В сентябре величины этого показателя в слое 0.20 см были удовлетворительными на всех экспозициях (30.33 мм), так как с мая до начала сентября выпало 180,8 мм осадков.
Запасы продуктивной влаги в слое 0.100 см в мае 2011 г. во всех вариантах были очень хорошими (см. рис.2). В 2012 г. в посевах озимой пшеницы в этот же период времени они были очень хорошими только в ЗТС на южном склоне, хорошими - в ЗППС на северном и южном склонах, удовлетворительными - в ЗППС на водораздельном плато и в ЗТС на северном склоне и водораздельном плато.
В сентябре 2011 г. запасы ПВ в метровом слое были очень хорошими в ЗППС на склоне южной экспозиции и водораздельном плато при безотвальной обработке, хорошими - на северном склоне в ЗППС при безотвальной обработке и на водораздельном плато при отвальной обработке, удовлетворительными - на северном склоне в ЗППС при отвальной обработке, плохими и очень плохими - в остальных вариантах в ЗТС. В 2012 г. в те же сроки они были ниже: удовлетворительные - на южном склоне и водораздельном плато в ЗППС, на северном склоне в ЗППС при безотвальной обработке и в ЗТС, плохие - в остальных вариантах.
Выявлена тенденция к увеличению гигроскопической влажности чернозема типичного в зернотравяном севообороте, по сравнению с зернопаропропашным, на 0,2.0,4%. Это, вероятно, связано с тем, что содержание гумуса в почве зернотравяного севооборота на 0,33.0,36% больше, а соответственно и значения влажности завядания выше.
Изучение структурно-агрегатного состава чернозема типичного в слое 0.20 см показало отличное агрегатное состояние почвы -сумма фракций 10.0,25 мм > 60 %. При этом в слое 0.20 см превалируют агрегаты размером 2.1 мм, на втором месте фракции 3.2 и 5.3 мм. Повышенное содержание частиц размером 0,5.0,25 мм отмечено при безотвальной обработке на всех элементах рельефа.
Содержание микробной биомассы в агрономически ценных агрегатах размером 3.1 мм (742.1280 мг/ кг) было выше, чем в общем образце почвы (515. 848 мг/кг). Значимые разли -чия отмечены также в ЗППС при безотвальной обработке на водораздельном плато и северном склоне (110 и 70% соответственно), при отвальной - на северном и южном склоне (90 и 50%). В ЗТС достоверные различия между указанными образцами почвы по содержанию микробной биомассы выявлены только на северном склоне (83%).
Результаты мокрого просеивания свидетельствуют о зависимости водопрочности структуры чернозема типичного от севооборота, экспозиции склона и системы обработки почвы. Так, в ЗТС со вспашкой она характеризовалась как отличная на всех экспозициях в слоях 0.20 и 20.40 см, в ЗППС на водораздельном плато и северном склоне в слое 0.20 см как хорошая, а на южном склоне - удовлетворительная, в то же время на южном склоне при безотвальной обработке водопрочность структуры почвы была хорошей. На водораздельном плато и северном склоне вне зависимости от системы обработки почвы значения водопрочности попадают в одну градацию её оценки -хорошая, хотя сумма водопрочных агрегатов в слое 0.20 см выше при безотвальной обработке. Следует отметить отличную водопрочность структуры в слое 20.40 см на северном склоне и хорошую - на водораздельном плато и южном склоне, то есть структура подпахотного слоя чернозема сохранилась лучше, чем пахотного.
Достоверных различий по плотности почвы между вариантами опыта на водораздельном плато и северном склоне не обнаружено. На южном склоне выявлена тенденция к ее повышению в пахотном слое в ЗППС при безотвальной обработке.
С плотностью почвы связан такой важный агрофизический показатель, как твердость, то есть сопротивление сжатию и расклиниванию. Он позволяет оценить состояние почвы для проникновения в неё корней растений, сельскохозяйственных орудий и др. [11]. Наибольшая вариабельность твердости почвы во времени отмечается на уровне 7,5 см, а с глубиной она уменьшается. В 2012 г. варьирование твердости почвы во времени снизилось, хотя её величины возросли.
Средняя твердость почвы (см. табл.) за май-сентябрь в чистом пару в 2011 г. в ЗППС на северном
Таблица. динамика твердости чернозема типичного в зависимости от экспозиции склона, вида обработки и севооборота
Экспозиция Вариант Глубина, см Твердость почвы*, фунт/дюйм2 К „, % вар
май июнь август сентябрь М 5
Север- ЗППС, от- 7,5 5,5 77,4 29,0 0,8 28,2 35,06 124,4
ная вальная 15 19,0 85,3 66,3 90,7 65,3 32,61 49,9
обработка 21 29,5 144,6 95,0 125,9 98,7 50,49 51,1
ЗППС, без- 7,5 2,8 16,3 27,9 5,0 13,0 11,56 88,9
отвальная 15 15,8 35,9 44,5 71,6 41,9 23,14 55,2
обработка 21 41,6 67,9 88,3 136,9 83,7 40,30 48,2
ЗТС, от- 7,5 51,3 13,8 16,9 2,8 21,2 20,96 98,7
вальная 15 51,7 31,1 35,2 67,5 46,4 16,66 35,9
обработка 21 67,3 58,2 101,4 93,0 80,0 20,52 25,7
Южная ЗППС, от- 7,5 0,5 53,2 11,7 7,9 18,3 23,71 129,4
вальная 15 4,6 68,6 35,4 51,1 39,9 27,18 68,1
обработка 21 26,4 90,4 47,6 81,5 61,5 29,78 48,4
ЗППС, без- 7,5 23,1 49,0 21,6 3,9 24,4 18,57 76,1
отвальная 15 39,4 68,0 35,7 48,5 47,9 14,44 30,1
обработка 21 52,1 92,0 53,0 67,3 66,1 18,62 28,2
ЗТС, от- 7,5 10,2 33,9 59,2 14,0 29,3 22,47 76,6
вальная 15 20,0 56,0 76,3 36,1 47,1 24,41 51,8
обработка 21 38,6 101,1 98,5 80,4 79,6 28,87 36,2
Водо- ЗППС, от- 7,5 5,9 41,9 41,9 17,4 26,8 18,08 67,5
раз- вальная 15 14,0 118,5 118,5 56,3 76,8 51,13 66,5
дель- обработка 21 21,1 113,8 113,8 78,1 81,7 43,77 53,6
ное ЗППС, без- 7,5 3,6 35,1 35,1 20,8 23,6 14,97 63,3
плато отвальная 15 10,2 46,9 46,9 88,2 48,0 31,87 66,3
обработка 21 11,5 47,8 47,8 102,1 52,3 37,35 71,4
ЗТС, от- 7,5 2,2 14,1 14,1 2,0 8,2 7,56 99,5
вальная 15 12,9 23,7 23,7 3,0 15,8 9,95 62,9
обработка 21 22,6 47,3 47,3 53,6 42,7 13,73 32,1
* - средние из 10 значений; ЗППС - зернопаропропашной севооборот (чистый пар), ЗТС - зернотравяной севооборот (травы), М - среднее арифметическое, 5 - стандартное отклонение, К - коэффициент вариации.
склоне и водораздельном плато оказалась выше при отвальной обработке, чем при безотвальной, а на южном склоне - наоборот. В посевах озимой пшеницы в 2012 г. на южном склоне она была больше при отвальной обработке, по сравнению с безотвальной, а на северном склоне и водораздельном плато - наоборот. Средняя твердость почвы на всех изучаемых глубинах в ЗППС выше, чем в ЗТС, как в чистом пару (2011 г.), так и в посевах озимой пшеницы (2012 г.), на северном склоне и водораздельном плато. На южном склоне в 2011 г. их величины близки, а в 2012 г. она также выше в ЗППС, по сравнению с ЗТС, только на глубинах 15 и 21 см.
В чистом пару средние значения твердости почвы на глубине 7,5 см варьировали от 5 до 77 фунт/ дюйм2, 15 см - от 10 до 118 фунт/дюйм2, 21 см - от 21 до 144 фунт/дюйм2, в посевах трав - соответственно 3.59, 3.76, 22.101 фунт/дюйм2, озимой пшеницы в ЗППС - 20.141, 51.184, 61.206 фунт/дюйм2, в ЗТС -17.205, 38.162, 43.205 фунт/дюйм2. При отвальной обработке твердость почвы была ниже, чем при безотвальной. С глубиной она увеличивается, но по-разному: на южном и северном склонах в зернопаропропашном севообороте прямо пропорционально, в остальных вариантах нет.
Выводы. Таким образом, запасы продуктивной влаги в черноземе типичном в изучаемые годы от мая
к июню снижались, а далее характер и направленность их динамики различались в зависимости от экспозиции склона, вида севооборота и обработки почвы. Экспериментальные данные подтверждают влагонакопитель-ную функцию чистого пара.
Впервые установлено, что агрономически ценные агрегаты чернозема типичного диаметром 3. 1 мм содержат повышенное количество микробной биомассы, по сравнению с общим образцом почвы. В зернопаропропашном севообороте это особенно четко проявляется при безотвальной обработке на водораздельном плато и северном склоне, при отвальной - на северном и южном склоне, а в зернотра-вяном - на северном склоне.
Отличная водоустойчивость почвы отмечена в ЗТС в слоях 0.20 и 20.40 см на всех экспозициях, а хорошая - в ЗППС в слое 0.20 см на водораздельном плато и северном склоне. На южном склоне применение безотвальной обработки в зернопаропропашном севообороте способствует повышению водоустойчивости структуры почвы, по сравнению с отвальной.
Характер динамики и величина твердости почвы зависят от глубины, севооборота, экспозиции склона, системы обработки почвы. Установлено высокое варьирование величины этого показателя во времени и пространстве. Наибольшая вариабельность твердости почвы во времени отмечается на глубине 7,5 см.
Литература.
1. Савич В.И., Байбеков Р.Ф., Банников В.Н. Физические свойства почв, как матрица их плодородия//Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М., 2002. 85 с.
2. Смирнов Б.А., Воронин А.Н., Перегуда Т.И., Труфанов А.М. Агрофизические свойства почвы в зависимости от обработки и удобрений//Плодородие. 2007. №3. С.25-26.
3. Мареев В.Ф., Манюкова И.Г. Ресурсосберегающие способы основной обработки почвы// Агрохимический вестник. 2007. №4. С.4-6.
4. Куликова А., Дозоров А., Захаров Н. Система обработки почвы и плодородие почвы//Международный сельскохозяйственный журнал. 2010. № 6. С.58-61.
5. Немцев С.Н., Кузина Е.В. Почвозащитные влаго-и ресурсосберегающие способы обработки почвы при возделывании яровой пшеницы в лесостепи Ульяновской области//Доклады РАСХН. 2011. № 4. С.42-44.
6. Ильясов М.М., Габдрахманов И.Х., Яппаров А.Х., Шаронова Н.Л. Влияние ресурсрсберегающей обработки выщелоченного чернозема на водно-физические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур в полевом севообороте в условиях республики Татарстан//Достижения науки и техники АПК. 2013. №2. С.8-10.
7. Черкасов Г.Н., Масютенко Н.П., Масютенко М.Н. Влияние вида севооборота, системы обработки почвы и экспозиции склона на динамику эмиссии С02 из чернозема типичного// Достижения науки и техники АПК. 2013. №6. С.34-37.
8. Вадюнина А.Ф., КорчагинаЗ.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
9. Благодатский С.А., Благодатская Е.В., Горбенко А.Ю., Паников Н.А. Регидратационный метод определения микробной биомассы в почве//Почвоведение. 1987. № 4. С. 64-71.
10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований)/5-е изд. доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
11. Шеин Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика. Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. 400 с.
THE INFLUENCE OF A TILLAGE SYSTEM, A CROP ROTATION TYPE AND SLOPE EXPOSURE ON AGROPHYSICAL PROPERTIES OF TYPICAL CHERNOZEM SOIL OF CENTRAL CHERNOZEM AREA G.N. Cherkassov, M.N. Masyutenko, A.V. Kuznetsov
SSI All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control, RAAS
Summary. The paper presents the results of studying the dynamics of productive moisture and soil hardness, structural-aggregate state of typical chernozem soil in the multifactor field stationary experiment of VNIIZiZPE which was laid out in 1984 (Kursk region). The research was conducted in 2011-2012 on watershed plateau, northern and southern slopes in the 7th cycle of the grain crops-grass and grain crop-fallow-row crop rotations with moldboard and subsurface tillage. It was found that the stocks of productive moisture in the layers of 0-20 and 0-100 cm of typical chernozem soil in the years studied from May to June decreased in bare fallow, under perennial grasses and winter wheat, and further by September the nature and directivity of their dynamics were different depending on slope exposure, a crop rotation type and a tillage system. The estimation of available soil moisture reserves was carried out. The experimental data confirmed the moisture accumulation function of bare fallow. In the grain crop-grass crop rotation excellent water stability of the soil structure was revealed on all the slope exposures in the top and subsurface layers, in the grain crop-fallow-row crop rotation it was good on the watershed plateau and the northern slope in the layer of 0-20 cm. On the southern slope in the grain crop-fallow-row crop rotation the water stability of the soil structure depended on its tillage, i.e. it was satisfactory when moldboard tillage was used, if subsurface tillage was used it was good. The microbial biomass accumulation was revealed in the agronomically valuable fractions of the typical chernozem soil with a diameter of 3-1 mm 1.5-2.1 times more in comparison with the total soil sample. Moreover, in the grain crop-fallow-row crop rotation with subsurface tillage on the watershed plateau and the northern slope the process was more pronounced than when the soil was processed with a moldboard plow. The dynamics character of the soil hardness and its value depended on soil depth, a rotation, slope exposure, a tillage system. Its high spatial (K var = 11...219 %) and temporal variability (K var = 25.7...129.4%) was established.
Key words: typical chernozem soil, productive moisture, dynamics, structural-aggregate composition, structure water stability, microbial biomass, soil density, soil hardness, crop rotation, tillage system, slope exposure.
