CC BY
15
УДК 631.582:631.417
ВЛИЯНИЕ ЗЕРНОТРАВЯНОГО СЕВООБОРОТА НА СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ЧЕРНОЗЕМЕ ТИПИЧНОМ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКСПОЗИЦИИ СКЛОНА
МАСЮТЕНКО М.Н.,
кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории агропочвове-дения ФГБНУ "Курский федеральный аграрный научный центр» - ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, avatar_dark@mail.ru, тел. (4712)531543.
МАСЮТЕНКО Н.П.,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории агро-почвоведения, заместитель директора по научной работе ФГБНУ "Курский федеральный аграрный научный центр» - ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, vninp@kursknet.ru, тел. (4712) 536834.
Реферат. Исследования проводились в многофакторном полевом опыте на опытном поле ВНИИЗиЗПЭ (Курская область, Медвенский район) в черноземе типичном в седьмую ротацию зернотравяного и зернопаропропашного севооборотов на северном, южном склонах и водораздельном плато при отвальной обработке. Установлено, что содержание гумуса в пахотном слое почвы при зернотравяном севообороте значимо больше, чем под зернопаропропашном, вне зависимости от экспозиции склона. Это связано с тем, что при зернотравяном севообороте в почву поступило в 2,2-2,3 раза больше пожнивно-корневых остатков, чем при зернопаропропаш-ном. Содержание и состав подвижных гумусовых веществ на северном склоне и на водораздельном плато в пахотном слое почвы при зернотравяном севообороте значимо больше, чем при зернопаропропашном. На южном склоне их содержание в почве почти в 1,9 и 2,2 раза ниже, чем в почве на северном и водораздельном плато, соответственно. Зернотравяной севооборот способствует повышению качества лабильного гумуса в почве, особенно на склонах северной и южной экспозиции. Значимое влияние зернотравяного севооборота на содержание в пахотном горизонте почвы микробной биомассы по сравнению с зернопаропропашным проявляется на северном склоне, разница составляет 58 %, и на водораздельном плато - 19 %. Установлена средняя корреляция в почве между подвижными гумусовыми веществами и микробной биомассой, коэффициент корреляции 0,56. Влияние зернотравяного севооборота на компонентный состав органического вещества больше проявляется на северном склоне, при этом органическое вещество по качественному составу приближается к таковому в целинной почве. Доля лабильного гумуса в составе органического вещества почвы на южном склоне в 1,8-2,1 раза меньше, чем на других экспозициях. Полученные результаты необходимы для управления гумусным состоянием черноземов.
Ключевые слова: чернозем типичный, севооборот, зернотравяной, зернопаропропашной, органическое вещество почвы, гумус, инертный гумус, подвижные гумусовые вещества, подвижные гуминовые кислоты, подвижные фульвокислоты, микробная биомасса, негумифициро-ванное органическое вещество.
THE INFLUENCE OF THE CROP ROTATION WITH CEREAL CROPS AND GRASSES ON THE CONTENT AND COMPOSITION OF ORGANIC MATTER IN TYPICAL CHERNOZEM DEPENDING ON SLOPE EXPOSURE
MASYUTENKO M.N.,
сandidate of Agricultural Sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Agropedology, Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Agrarian Kursk Research Center" - All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control; avatar_dark@mail.ru, tel. (4712)531543.
MASYUTENKO N.P.,
Doctor of Science (Agriculture), Professor, Chief Researcher of the Laboratory of Agropedology, Deputy Director of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Agrarian Kursk Research Center" - All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control, vninp@kursknet.ru, tel. (4712) 536834.
Essay. The studies were conducted in the multiple-factor field experiment in the experimental field of the All-Russia Research Institute of Arable Farming and Soil Erosion Control (Kursk Region, Medvenka District) on typical chernozem in the seventh rotation cycle of the crop rotations with cereal crops and grasses and with cereal crops, fallow and row crops on the northern and southern slopes and watershed plateau tilled with a moldboard plow. It is determined that humus content in the topsoil in the crop rotation with cereal crops and grasses is significantly more than that its content in the crop rotation with cereals, fallow and row crops independent of slope exposure. It is related to the amount of crop and root residues which came into the soil in the cereal-grass crop rotation and was 2.2-2.3 times greater than that in the crop rotation of cereals, fallow and row crops. The content and composition of mobile humus substances on the northern slope and watershed plateau in the topsoil in the crop rotation of cereals and grasses is significantly higher than in that of cereals, fallow and row crops. On the southern slope their content in the soil is almost 1.9 and 2.2 lower than in the soil on the northern slope and on the watershed plateau, respectively. The crop rotation of cereal crops and grasses contributes to the higher quality of mobile humus substances in the soil, especially on the slopes of northern and southern exposures. Significant influence of the rotation of cereal crops and grasses as compared with the rotation of cereals, fallow and row crops on the content of microbe biomass in the topsoil is revealed on the northern slope, the difference is 58 %, and on the watershed plateau it is 19 %. An average correlation in the soil between mobile humus substances and microbe biomass is determined, a correlation coefficient is 0.56. The influence of the rotation of cereal crops and grasses on the component composition of organic matter manifests itself greater on the northern slope, with this the organic matter approximates by its qualitative composition to that in the virgin land. The share of mobile humus in the soil organic matter composition on the southern slope is 1.8-2.0 times less than its share on at other expositions. The obtained results are useful for managing humus condition of chernozem soils.
Keywords: typical chernozem, crop rotation, rotation of cereal crops and grasses, rotation of cereal crops, fallow and row crops, soil organic matter, humus, inert humus, mobile humus substances, mobile humic acids, mobile fulvoacids, microbe biomass, unhumified organic matter.
Введение. В настоящее время в пахотном горизонте черноземных почв Курской области содержание гумуса снизилось на 30-60 % по сравнению с целиной в зависимости от степени эродированности почвы. Сокращение содержания и запасов гумуса в почве приводит к ухудшению её агрохимических, агрофизических и биологических свойств и, в целом, к снижению плодородия и продуктивности земель [1. - С.97]. Поэтому проблема сохранения и повышения содержания гумуса в почве является актуальной, а одним из биологических приемов повышения содержания и улучшения состава органического вещества почвы является введение в севооборот многолетних бобовых трав. И хотя известно, что многолетние бобовые травы сохраняют или даже повышают содержание гумуса в почве, однако исследований по их влиянию на качественный и компонентный состав органического вещества чернозема типичного в зависимости от экспозиции склона недостаточно.
Целью данной работы является изучение влияния зернотравяного севооборота на содержание и состав органического вещества чернозема типичного в зависимости от экспозиции склона.
Материал и методика исследования. Исследования проводились в многофакторном полевом опыте на опытном поле ВНИИЗиЗПЭ (Курская область, Медвенский район) в седьмую ротацию зернотравяного (ЗТС) и зерно-паропропашного (ЗППС) севооборотов на склонах северной и южной экспозиции и водораздельном плато. Почва - чернозем типичный на лессовидном суглинке. В зернопаро-пропашном севообороте высевались следующие культуры: озимая пшеница - кукуруза -ячмень - чистый пар; а в зернотравяном: озимая пшеница - ячмень с посевом многолетних трав - многолетние травы 1 года - многолетние травы 2 года. Система обработки почвы была отвальная, глубина обработки почвы -20-22 см, под кукурузу - 28-30 см.
Отбор образцов для определения содержания и состава органического вещества почвы был проведен в пахотном и подпахотном слоях 0-20 см и 20-40 см по диагонали делянки в 5-кратной повторности в зернотравяном севообороте под многолетними травами, в зерно-паропропашном - под ячменем во время уборки урожая. В отобранных образцах почвы определяли содержание гумуса по методу Тюрина в модификации Б.Н. Никитина со спек-трофотометрическим окончанием по Д.С. Орлову и Н.М. Гриндель [2, 3], содержание и состав подвижных гумусовых веществ - в 0,1н вытяжке NaOH из почвы без декальцирования в модификации Почвенного института им. В.В. Докучаева [4 .- С.58-59] с предварительным компостированием (ВНИИЗиЗПЭ), содержание микробной биомассы в свежих почвенных образцах - регидратационным методом [5. - С. 64-71]. Негумифицированное органическое вещество почвы определяли буровым методом с последующим отмыванием на ситах [6. - С 247-250], биомассу пожнив-
ных и корневых остатков - расчетным методом по урожаю сельскохозяйственных культур [4. - С. 40-41].
Результаты исследования. Проведенные исследования показали, что содержание гумуса в черноземе типичном при зернотравяном севообороте значимо больше, чем под зерно-паропропашном, только в пахотном слое (0-20 см) вне зависимости от экспозиции склона (таблица 1).
Вероятно, это связано с большим поступлением в почву пожнивно-корневых остатков в зернотравяном севообороте. Так, при зерно-травяном севообороте в почву поступило в 2,2-2,3 раза больше пожнивных и корневых остатков, чем при зернопаропропашном севообороте (таблицы 2, 3). Это обусловлено тем, что в зернопаропропашном севообороте в чистом пару не было поступлений в почву пожнивных и корневых остатков. Наибольшие поступления в почву пожнивных и корневых остатков в изучаемых севооборотах отмечены на северной экспозиции.
Таблица 1 - Содержание и состав гумуса в чернозёме типичном в зависимости от экспозиции склона, вида севооборота и обработки почвы____
Экспозиция склона Вариант Глубина, см Гумус спгв Смб Доля Смб в % от Сг
% от почвы
Северная ЗППС 0-20 5,03 0,41 0,07 2,3
20-40 4,65 0,36
ЗТС 0-20 5,38 0,51 0,11 3,4
20-40 4,64 0,41
Южная ЗППС 0-20 4,72 0,21 0,07 2,5
20-40 3,95 0,16
ЗТС 0-20 5,05 0,23 0,07 2,5
20-40 4,45 0,18
Водораздельное плато ЗППС 0-20 5,60 0,46 0,07 2,2
20-40 4,81 0,38
ЗТС 0-20 5,86 0,50 0,08 2,6
20-40 4,91 0,39
НСР0,95 0,08-0,12
ропропашном севообороте (т/га)
Экспозиция Чистый пар Озимая пшеница Кукуруза на зеленый корм Итого
ПО К Всего ПО К Всего ПО К Всего
Северная 0 0 0 1,16 2,87 4,03 0,89 3,01 3,90 7,93
Южная 0 0 0 10,50 21,40 3,19 0,75 2,43 3,18 6,37
Водораздельное плато 0 0 0 10,70 22,80 3,35 0,84 2,80 3,64 6,99
ПО - пожнивные остатки; К - корни
ЗППС - зернопаропропашной; ЗТС - зернотравяной севооборот; СПГВ - углерод подвижных гумусовых кислот; Смб - углерод микробной биомассы; Сг - углерод гумуса почвы
Таблица 2 - Количество пожнивных и корневых остатков, поступающих в почву в зернопа-
ЗППС - зернопаропропашной; ЗТС - зернотравяной севооборот; Сг - углерод гумуса почвы; Сиг - углерод инертного гумуса; СПГК - углерод подвижных гуминовых кислот; СПФК- углерод подвижных фульвокислот; Сиг - углерод инертного гумуса; Смб - углерод микробной биомассы; Снв - углерод негумифицированного органического вещества
Таблица 3 - Количество пожнивных и корневых остатков, поступающих в почву в зерно-травяном севообороте (т/га)____
Экспозиция Эспарцет Озимая пшеница Ячмень Итого
ПО К Всего ПО К Всего ПО К Всего
Северная 1,73 8,76 10,49 1,15 2,83 3,98 0,80 1,88 2,68 17,15
Южная 1,57 7,18 8,75 1,02 1,92 2,94 0,84 1,97 2,81 14,50
Водораздельное плато 1,63 7,77 9,40 1,08 2,33 3,41 0,92 2,12 3,04 15,85
ПО - пожнивные остатки; К - корни
Таблица 4 - Содержание и состав органического вещества чернозёма типичного (по углероду)^___
Экспозиция склона Севооборот Глубина, см Сг, % Сиг, % Состав СПГВ, мг/кг почвы Смб, мг/кг почвы Снв, мг/кг почвы
Спгк Спфк Спгк/ спфк
Северная ЗППС 0-20 2,92 2,51 1851 2257 0,82 671 900
20-40 2,70 2,34 1551 2067 0,75
ЗТС 0-20 3,12 2,61 2475 2605 0,95 1061 2100
20-40 2,69 2,48 1874 2258 0,83
Южная ЗППС 0-20 2,74 2,52 759 1331 0,57 684 700
20-40 2,29 2,13 492 1118 0,44
ЗТС 0-20 2,93 2,70 885 1405 0,63 732 1900
20-40 2,58 2,40 602 1228 0,49
Водораздельное плато ЗППС 0-20 3,25 2,79 2200 2399 0,95 715 800
20-40 2,79 2,41 1590 2185 0,73
ЗТС 0-20 3,40 2,90 2441 2543 0,96 850 2000
20-40 2,85 2,46 1763 2124 0,83
Содержание подвижных гумусовых веществ (ПГВ) в пахотном слое (0-20 см) чернозема типичного при зернотравяном севообороте значимо больше, чем при зернопаро-пропашном, на склоне северной экспозиции и на водораздельном плато (таблица 1). В почве на северном склоне и водораздельном плато значения ПГВ преобладают, соответственно, в 1,95 и 2,2 раза, чем на южном склоне. И различия в их содержании в зависимости от типа севооборота меньше, чем на других экспозициях, но также с увеличением в сторону ЗТС. Корреляция содержания подвижных гумусовых веществ в почве с содержанием микробной биомассы средняя, коэффициент корреляции равен 0,56.
В почвах южного склона при ЗТС и ЗППС выявлены близкие значения микробной биомассы (Смб), а величины долей Смб в % от углерода гумуса одинаковые (таблицы 4, 5). Возможно это и определяет незначимые раз-
личия содержания подвижных гумусовых веществ в почве в ЗТС и ЗППС. А в черноземе типичном на северном склоне и водораздельном плато доли Смб в % от углерода гумуса в ЗТС по сравнению с ЗППС больше в 1,5 и 1,2 раза, соответственно.
В пахотных слоях почв в ЗТС и ЗППС на южном склоне наряду с незначительными различиями содержания подвижных гумусовых веществ выявлены значимые различия в содержании инертного гумуса (Сиг), составляющие 0,18 % (таблица 4). А в пахотных слоях почв на северном склоне и водораздельном плато различия (в пользу ЗТС) в содержании инертного гумуса при ЗТС и ЗППС меньше в 1,8 раза и составляют, соответственно, 0,10% и 0,11 %. Это свидетельствует о том, что в условиях южного склона зернотравяной севооборот больше влияет на увеличение содержания в почве Сиг, чем на остальных экспозициях. В то же время, большее увеличение
подвижных гумусовых веществ отмечено в почве при ЗТС, по сравнению с ЗППС, на северном склоне, и оно составляет 24 %.
Состав подвижных гумусовых веществ (лабильного гумуса) также зависит от типа севооборота и экспозиции склона. Вне зависимости от данных факторов в их составе преобладают подвижные фульвокислоты. Наибольшее их преобладание выявлено в почве на южном склоне, отношение СПГК/СПФК в пахотном слое почвы составляет 0,57 при ЗППС и 0,63 при ЗТС. Следовательно, зернотравяной севооборот способствует повышению качества подвижных гумусовых веществ. Наибольшее отношение Спгк/Спфк (0,95 при ЗППС и 0,96 при ЗТС) отмечено в подвижных гумусовых веществах чернозема типичного в слое 020 см на водораздельном плато, а на северном склоне при ЗППС на 15% меньше. Следовательно, качество ПГВ чернозема типичного на водораздельном плато и северном склоне выше, чем на южном. А влияние на него ЗТС больше проявляется на склонах северной и южной экспозиции (таблица 4).
Значимое влияние зернотравяного севооборота по сравнению с ЗППС на содержание в пахотном горизонте почвы микробной биомассы проявляется на северном склоне, разница составляет 58%, и на водораздельном плато разница - 19%. На южном склоне отмечается незначимое, всего на 7%, увеличение содержания микробной биомассы в почве при ЗТС по сравнению с ЗППС.
Содержание негумифицированного органического вещества (НВ) в черноземе типичном при ЗТС в 2,3-2,7 раз превышает таковое при ЗППС (таблица 4). НВ является важным компонентом органического вещества почвы. Оно выполняет защитную функцию по отношению к гумусовым веществам почвы, так как, с одной стороны, способствует замедлению их минерализации, а с другой, является источником органического углерода, азота и других элементов, без которых невозможно образование новых гумусовых веществ.
В подпахотном слое наибольшие различия содержания углерода гумуса (Сг) в почве под зернотравяным и зернопаропропашным севооборотом наблюдаются на южном склоне.
Компонентный состав органического вещества (в % от углерода органического) в слое
0-20 см чернозёма типичного представлен в таблице 5. Выявлены его изменения в зависимости от экспозиции склона и типа севооборота.
Экспозиция склона оказывает большее влияние на долю в составе органического вещества подвижных гумусовых веществ и инертного гумуса. Доля подвижных гумусовых веществ в составе органического вещества почвы на северном склоне и водораздельном плато составляет 13,6-15,3 %, а на южном склоне в 1,8-2,1 раза меньше. Доля подвижных гуминовых кислот в составе органического вещества почвы на северном склоне и водораздельном плато в 2,1-2,6 раза, а подвижных фульвокислот в 1,6-1,7 раза больше, на южном склоне. Доля Сиг в составе органического вещества почвы, наоборот, на южном склоне на 7-10 % больше, чем на северном склоне и водораздельном плато [7].
Тип севооборота оказывает влияние на все компоненты органического вещества почвы. Особенно сильно он влияет на долю НВ в составе органического вещества почвы. На всех экспозициях она в ЗТС в 2,1-2,4 раза больше, чем в ЗППС.
Влияние типа севооборота на компонентный состав органического вещества почвы больше проявилось на северном склоне. Там выявлено значимое увеличение доли подвижных гумусовых веществ, подвижных гумино-вых кислот, инертного гумуса, микробной биомассы, негумифицированного органического вещества в составе органического вещества почвы при ЗТС по сравнению с ЗППС.
Наибольшая разница в содержании негу-мифицированного органического вещества в почве при ЗТС и ЗППС выявлена на южном склоне, там же установлено наибольшее накопление инертного гумуса (таблица 5). То есть в условиях повышенной минерализации на южной экспозиции происходит сокращение лабильной части органического вещества в почве.
На водораздельном плато установлено только значимое снижение доли ИГ и повышение долей микробной биомассы и негуми-фицированного органического вещества в составе органического вещества почвы при ЗТС по сравнению с ЗППС.
Таблица 5 - Компонентный состав органического вещества чернозёма типичного (по угле-
роду в % от Сорг) в зависимости от экспозиции склона и типа севооборота в слое 0-20 см
Экспозиция склона Севооборот спгв спгк спфк Сиг Смб Снв
Северная ЗППС 13,6 6,0 7,6 83,4 2,2 3,0
ЗТС 15,3 7,5 7,8 78,4 3,2 6,3
Южная ЗППС 7,5 2,9 4,6 89,7 2,4 2,5
ЗТС 7,4 2,9 4,5 86,5 2,3 6,1
Водораздельное плато ЗППС 13,8 6,6 7,2 83,8 2,1 2,4
ЗТС 13,9 6,7 7,2 80,6 2,4 5,6
ЗППС - зернопаропропашной; ЗТС - зернотравяной севооборот, Сорг - углерод органического вещества почвы; СПГВ - углерод подвижных гумусовых кислот; СПГК - углерод подвижных гуминовых кислот; СПФК - углерод подвижных фульвокислот; Сиг - углерод инертного гумуса; Смб - углерод микробной биомассы; Снв - углерод негумифицированного органического вещества
Выводы. Таким образом, в многолетнем полевом стационарном опыте установлены количественные параметры изменения содержания, качественного и компонентного состава органического вещества чернозема типичного в зависимости от типа севооборота и экспозиции склона. Выявлено, что вне зависимости от экспозиции склона в седьмую ротацию зернотра-вяного севооборота содержание гумуса в пахотном слое чернозема типичного значимо выше, чем при зернопаропропашном. Это связано с большим в 2,1-2,3 раза поступлением в почву пожнивно-корневых остатков, чем при зернопа-ропропашном севообороте. Степень воздействия зернотравяного севооборота на состав органического вещества почвы определяется экспозицией склона. Содержание лабильного гумуса в почве, его качество при зернотравяном севообороте на северном склоне и на водораздельном плато значимо, а на южном склоне незначимо выше, чем при зернопаропропашном.
Значимое влияние зернотравяного севооборота по сравнению с зернопаропропашным на
содержание в пахотном горизонте почвы микробной биомассы проявляется только на северном склоне и на водораздельном плато. Тип севооборота оказывает влияние на все компоненты органического вещества почвы, но особенно сильно на долю негумифицированного органического вещества в составе органического вещества почвы. В седьмую ротацию зернотравя-ного севооборота на северном склоне компонентный состав органического вещества почвы приближается к таковому в целинной почве. На южном склоне выявлено снижение доли лабильного гумуса в составе органического вещества почвы.
Полученные результаты исследований могут стать использованы для разработки системы управления и оптимизации содержания и состава органического вещества в черноземных почвах в целях повышения плодородия почв и продуктивности земель, воспроизводства почвенных ресурсов и рационального землепользования.
Список использованных источников
1. Масютенко Н.П. Трансформация органического вещества в черноземных почвах ЦЧР и системы его воспроизводства: монография. - М.: Россельхозакадемия, 2012. - 150 с.
2. Никитин Б.А. Методы определения содержания гумуса в почве // Агрохимия. -1972. - № 3. - С. 123-125.
3. Никитин Б.А. Уточнения к методике определения гумуса в почве // Агрохимия. - 1983. -№ 8. - С. 101-106.
4. Рекомендации для исследования баланса и трансформации органического вещества при сельскохозяйственном использовании и интенсивном окультуривании почв. - М.: Почвенный институт им. В. В. Докучаева, 1984. - 96 с.
5. Регидратационный метод определения биомассы микроорганизмов в почве / С.А. Благо-датский, Е.В. Благодатская, А.Ю. Горбенко, Н.С. Паников // Почвоведение. - 1987. - № 4. -С. 64-71.
6. Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов А.М. Практикум по земледелию. - М.: Агро-промиздат, 1987. - 383 с.
7. Долгополова Н.В., Пигорев И.Я. Роль плодородия в адаптивно-ландшафтном земледелии // Проблемы и перспективы инновационного развития агротехнологий: материалы Междуна-
родной научно-практической конференции. - Белгород: Изд-во Белгородский ГАУ, 2016. -С. 3-4.
List of used sources
1. Masyutenko N.P. Transformation of organic matter in black soil of the Central Chernozem Region and its reproduction system / Monograph. - M.: Russian Agricultural Academy. - 2012. - 150 p.
2. Nikitin B.A. Methods for determining the content of humus in the soil // Agrochemistry. -1972.
- № 3. - P. 123-125.
3. Nikitin B.A. Clarifications to the method of determination of humus in the soil // Agrochemistry.
- 1983. - № 8. - P. 101-106.
4. Recommendations for the study of the balance and transformation of organic matter in agricultural use and intensive soil cultivation. - M.: Soil Institute. V.V. Dokuchaev, 1984. - 96 p.
5. Rehydration method for determining the biomass of microorganisms in the soil / S.A. Blago-Danish, E.V. Blagodatskaya, A.Yu. Gorbenko, N.S. Panikov // Pedology. - 1987. - № 4. - P. 64-71.
6. Dospekhov B.A., Vasilyev I.P., Tulikov A.M. Workshop on agriculture. - M.: Agropromizdat, 1987. - 383 p.
7. Dolgopolova N.V., Pigorev I.Y. The role of fertility in adaptive-landscape agriculture // Problems and prospects for the innovative development of agricultural technologies: materials of the International Scientific Practical. conf. - Belgorod: Publishing house Belgorod GAU, 2016. - P. 3-4.
