CC BY
38
УДК / UDC 631.874:[631.524.84+361.432]:631.445.41:631.51.021
ВОДНЫЙ РЕЖИМ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СИДЕРАТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО
WATER MODE AND GREEN MANURE EFFECT DEPENDING ON THE MAIN CULTIVATION OF THE TYPICAL CHERNOZEM
Казанбеков И.А., аспирант Kazanbekov I.A., Postgraduate Student Котлярова Е.Г.*, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Kotlyarova E.G., Doctor of Agricultural Sciences, Professor Титовская А.И., кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая кафедрой
Titovskaya A.I., Candidate of Agricultural Sciences, Head of the Department ФГБОУ ВО «Белгородский государственный аграрный университет имени
В.Я. Горина», п. Майский, Белгородская область, Россия Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education "Belgorod State Agricultural University named after V.Ya. Gorin", Maiskiy, Belgorod region, Russia
E-mail: [email protected]
Эффективность сидератов обусловлена величиной, поступающей в почву фитомассы, которая определяется биологическими особенностями культур и их влагообеспеченностью, особенно в зоне неустойчивого увлажнения (ЦЧЗ). Опыт проводился в ОАО «Русагро-Инвест» Чернянского района Белгородской области в 2011-2014 гг. Цель исследования -изучение влияния способа основной обработки чернозема типичного на водный режим и продуктивность сидератов, относящихся к различным семействам (Fabaceae, Poaceae, Polygonaceae, Boraginaceae, Brassicaceae) и отличающихся по своему воздействию. Изменчивость запасов продуктивной влаги в период сева сидератов зависела от способа основной обработки почвы. Положительно на запасы влаги влияла глубокая обработка особенно в случае отсутствия оборота пласта. В период заделки сидератов, наоборот, - от способа содержания пара. Запасы влаги в черном пару были достоверно выше по сравнению со всеми видами сидерального пара, кроме донникового, очевидно вследствие слабого развития культуры. Безотвальная обработка почвы приводила к существенному повышению коэффициента водопотребления на 38-43% относительно мелкой обработки и вспашки, по которой он был наименьшим (146,5 м3/т). Наиболее экономичными по расходу влаги на единицу урожая зеленой массы были такие сидеральные культуры, как вико-овес, фацелия и гречиха. Вспашка имела преимущество по сравнению с энергосберегающими способами обработки по влиянию на формирование и зеленой, и корневой массы: превышения составили 2,5-4,2 т/га и 0,4-1,0 т/га, соответственно. Способы минимальной обработки почвы достоверно отличались между собой только по влиянию на накопление корневых остатков; при использовании мелкой обработки их было больше на 25%. Наибольшую величину фитомассы формировала фацелия по вспашке (32,4 т/га), меньшую - горох и донник по безотвальной обработке. Разница между контрастными вариантами составила 3,8 раза. Ключевые слова: обработка почвы, сидераты, запасы влаги, водопотребление, продуктивность.
The green mature effect is caused by the amount of phytomass coming to the soil which is defined by the biological features of cultures and their moisture security, especially in a zone of unstable moistening (CCR). The experiment was carried out in JSC "Rusagro-Invest" of the Chernyansk district of the Belgorod region in 2011-2014. The research objective was to study the influence of the way of the main cultivation of the typical chernozem on the water mode and the green mature effect, relating to various families (Fabaceae, Poaceae, Polygonaceae, Boraginaceae, Brassicaceae) and differing in its influence. The variability of the productive moisture reserves during the green mature sowing depended on the way of the soil main tillage. Deep tillage especially by the lack of plowing up influenced the moisture reserves positively. During the green mature incorporation it depended on the way of fallow. The moisture reserves in autumn fallow were authentically higher in comparison with all types of
the green manured fallow, except the sweet clover one, obviously because of the poor culture development. Subsurface tillage led to the essential increase in the coefficient of water consumption by 38-43% against the surface tillage and plowing by which it was the smallest (146.5 m3/t) one. Such green mature cultures as vetch-oats, phacelia and buckwheat were the most economic in the moisture consumption for a yield unit of the herbage. Plowing had an advantage in comparison with energy saving ways of tillage on the influence on the formation of both herbage and roots: the excess was 2.5-4.2 t/hectare and 0.4-1.0 t/hectare respectively. The ways of the minimum soil tillage authentically differed from each other on the influence of the root remains accumulation; when using surface tillage it was 25% more. The largest size of phytomass was formed by a phacelia on plowing (32.4 t/hectare), the smallest size was formed by peas and sweet clover on subsurface tillage. The difference between contrast options was 3.8 times.
Key words: tillage, green mature, moisture reserves, water consumption, efficiency.
Введение. Решение проблемы повышения плодородия почв и на этой основе повышения агрономической, экологической и экономической устойчивости сельскохозяйственного производства связано в том числе с широким использованием сидератов. В этих технологиях объединяются в единые принципы повышения продуктивности пашни, охраны окружающей среды и ресурсосбережения, что позволяет частично исключить применение дорогостоящих минеральных удобрений, а также химических средств защиты растений [1]. В соответствии с долгосрочной целевой программой биологизации земледелия [2], принятой в Белгородской области, планируется к 2018 году довести площадь под сидератами до 350 тыс. га в год.
Эффективность сельскохозяйственных культур в качестве источника органики обусловлена величиной их фитомассы, поступающей в почву. Урожайность сидератов определяется их биологическими особенностями, адаптивным потенциалом, а в зоне неустойчивого увлажнения способностью эффективно использовать влагу. Установлено, что использование приемов, увеличивающих влагообеспечение сидератов, способствует повышению их продуктивности [3]. Существенное значение в этом имеет характер обработки почвы. Следует отметить, что большое число публикаций посвящено изучению способов заделки сидератов [4-6], тогда как вопрос эффективности применения способов основной обработки почвы под сидераты практически не изучен.
Весьма актуальным является правильный выбор сидеральной культуры исходя из конкретных климатических и почвенных условий, биологических особенностей используемых видов, а также агротехнических и экономических аспектов их возделывания [7-8]. В исследование включены виды, относящиеся к различным семействам (Fabaceae, Poaceae, Polygonaceae, Boraginaceae, Brassicaceae) и имеющие различное влияние: обогащающие почву азотом, улучшающие фитосанитарное состояние, имеющие различное содержание элементов питания и соотношение C:N, являющиеся медоносами и т.д.
Цель исследования - изучение влияния способа основной обработки почвы на водный режим и продуктивность сидератов.
Условия, материалы и методы. Полевые исследования проводились на базе филиала «Оскол» ОАО «Русагро-Инвест» Чернянского района Белгородской области в 2011-2014 гг. в зернопаропропашном севообороте: сидеральный пар - озимая пшеница - сахарная свекла - ячмень. Почва опытного участка - чернозем типичный среднемощный тяжелосуглинистый. Мощность пахотного слоя 20-25 см; содержание гумуса 4,75%; сумма поглощенных оснований 32,1 м-моль/100 г почвы; степень насыщенности почв основаниями 87,4%; рН солевой вытяжки 5,10; содержание подвижного фосфора и калия, соответственно, 189 и 172 мг/кг.
Двухфакторный опыт включал три градации фактора А (способ основной обработки почвы: вспашка на глубину 20-22 см, безотвальная обработка почвы на глубину 20-22см, мелкая обработка почвы на глубину 10-12 см дисковой бороной БДМ 4x4. Всем обработкам предшествовало дисковое лущение на глубину 4-6 см) и семь градаций фактора В (вид сидерального пара: контроль -без сидерата; вико-овес; горох; донник белый; горчица белая; фацелия; гречиха).
Общая площадь делянок составляла 122 м2, учетная площадь - 100 м2, повторность трехкратная, размещение делянок систематическое методом организованных повторений. Агротехника в опыте общепринятая в зоне и области. Заделка сидератов проводилась оборотным плугом Lеткеп. Учеты и анализы проводились по общепринятым в агрономии методикам.
Результаты и обсуждение. Метеорологические условия в годы проведения исследований. Метеорологические условия за годы проведения исследований складывались неодинаково. Средняя температура воздуха составила от 5,7°С в осенне-весенний периоды 2011-2012 и 2013-2014 гг. до 6,3°С - в 2012-2013 гг., что на 1,8-2,4°С выше, чем среднемноголетняя. Несмотря на сходную величину данного показателя в целом за период исследований отмечается значительная вариабельность по отдельным месяцам. Если изменение температуры по месяцам осенне-весеннего периода 2013-2014 гг. носило плавный характер, то в течение 2011-2012 гг. эти изменения были более контрастными. Разница между наибольшими и наименьшими значениями в первом случае составила 26,4°С, во втором - 31,8°С (с более низкими отрицательными температурами и более высокими положительными температурами).
Осадки выпадали крайне неравномерно: от 463 мм за осеннее-весенний период 2013-2014 гг. до 563,8 мм в период 2011-2012 гг. Более того, большое значение для роста и развития культур имеет не только их суммарное количество, а выпадение осадков в критические периоды жизни растений, наиболее требовательных к данному фактору. Особенно это важно в сочетании с температурным режимом.
Количество выпавших осадков за осень 2011 года составило 153,2 мм, что превысило среднемноголетний показатель на 29,2 мм и способствовало увеличению запасов влаги в почве. Количество осадков, выпавших за зимний период, незначительно превысило среднемноголетний показатель и составило 114,1 мм. Весной сложилась неоднозначная ситуация. Общее количество осадков превысило среднемноголетнее значение. В марте 2012 года их выпало 183,2%, а в апреле 250,8% от среднемноголетних показателей, но, следует отметь, что в период с 24 апреля по 23 мая (30 дней подряд) наблюдалось отсутствие эффективных осадков (более 5 мм в сутки). Общее количество осадков за май было 29 мм, что составило 64,4% от среднемноголетнего показателя.
В этот же период, с 24 апреля и по 23 мая, отмечались максимальные температуры воздуха - 25°С и выше, и только шесть дней они были ниже 25°С. Такое сочетание погодных условий с 24 апреля по 23 мая, неблагоприятно сказалось на росте и развитии сидеральных культур. Отсутствие эффективных осадков и повышенные температуры, привели к пересыханию верхнего слоя почвы и как следствие дефициту влаги в начальные фазы развития растений, что привело в конечном итоге к снижению урожайности. В большей степени это сказалось на мелкосеменных культурах с небольшой глубиной заделки.
Апрель 2013 года выдался довольно засушливым, количество осадков за апрель составило 14,3 мм, что составляет 38,6% от среднемноголетнего показателя, и на 78,5 мм меньше, чем в аналогичный период 2012 года. Наиболее сильно от дефицита влаги в период сева-всходов пострадала мелкосеменная культура донник однолетний. В 2014 году весенний период характеризовался достаточно большим количеством равномерно выпадавших осадков, а также наступлением положительных температур с 20 марта, что позволило провести сев в более ранние
сроки и положительно повлияло на получение дружных всходов по всем видам сидеральных культур. В целом за три года наибольшее влияние недостаток влаги оказывал на посевы донника однолетнего и гороха.
Таким образом, исследования охватили годы с различными погодными условиями, которые можно характеризовать как благоприятные для роста и развития большинства сидеральных культур, так и крайне неблагоприятные, особенно для некоторых из них. Это позволило получить достоверные результаты и сделать объективные выводы по эффективности применения сидератов и способов основной обработки почвы в климатических условиях региона.
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы перед севом сидератов закономерно зависели только от способов основной обработки почвы (табл. 1). Наибольшими они были по безотвальной обработке почвы (172,2 мм), минимальными - по мелкой обработке. Вспашка по влиянию на данный показатель занимала промежуточное положение: запасы влаги по сравнению с безотвальной обработкой достоверно ниже на 4,2 мм и на 10,8 мм выше относительно мелкой. Что вполне оправдано характером этих обработок (глубиной, наличием мульчи на поверхности почвы).
Таблица 1 - Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм
Сидеральная культура (фактор В) Способ основной обработки почвы (фактор А) Среднее по фактору В
вспашка безотвальная обработка мелкая
период сева сидератов
черный пар (контроль) 169,9 170,3 158,1 166,1
вика-овес 166,4 175,1 156,5 166,0
горох 168,8 171,4 157,6 165,9
донник 167,1 170,5 157,0 164,9
горчица 168,0 171,4 156,5 165,3
фацелия 167,1 171,3 157,5 165,3
гречиха 168,4 175,3 157,3 167,0
Среднее по фактору А 168,0 172,2 157,2
НСР05 А = 1,6; НСР05 В (АВ) - Fфакт< Fтеор.
период заделки сидератов
черный пар (контроль) 136,3 145,3 128,9 136,8
вика-овес 128,3 128,0 130,4 128,9
горох 123,4 125,6 128,9 126,0
донник 132,4 131,7 130,3 131,5
горчица 127,5 129,9 128,2 128,5
фацелия 123,6 124,0 124,6 124,1
гречиха 123,5 123,6 125,9 124,3
Среднее по фактору А 127,9 129,7 128,2
НСР05 А - Fфакт< Fтеор.; НСР05 В (АВ) = 6,3
К моменту заделки сидератов произошло снижение запасов продуктивной влаги в почве по всем изучаемым вариантам. На вспаханных вариантах они были наименьшими. Тем не менее, разница в запасах влаги по сравнению с ресурсосберегающими способами обработки почвы находилась в пределах ошибки опыта.
В этот момент существенное влияние на запасы продуктивной влаги оказало использование сидерата. Независимо от обработки почвы запасы влаги во всех сидеральных парах, кроме донникового, были достоверно ниже на 6-9% по сравнению с чистым паром (136,8 мм). Что обусловлено использованием влаги на формирование фитомассы сидеральных культур. Очевидно, сохранение влаги в варианте с донником было связано со слабым развитием этой культуры, что отмечалось в предшествующем разделе.
Таким образом, изменчивость запасов продуктивной влаги в период сева сидератов зависела от способа основной обработки почвы, а в период их заделки - от способа содержания пара. Положительно на запасы влаги влияла глубина обработки особенно в случае отсутствия оборота пласта. Перед заделкой сидератов достоверно выше этот показатель отмечался в поле черного пара. Из сидеральных культур наименьшее количество влаги в почве было в посевах фацелии и гречихи - 124 мм.
Водопотребление сидеральных культур. Водопотребление - расход воды культурами в течение вегетации - является показателем потребности растений в воде и эффективности её использования. И зависит как от биологических особенностей культуры, так и от условий внешней среды.
По суммарному водопотреблению глубокие обработки почвы отличались незначительно - на 29 м3/га. Тем не менее, наибольшим оно было по глубокому рыхлению, которое превосходило мелкую обработку на 165 м3/га или 9% (табл. 2). В разрезе сидеральных культур максимальное водопотребление было установлено в посевах гречихи. По мере убывания этого показателя остальные сидеральные культуры размещаются в следующей последовательности: фацелия, горох, горчица, вико-овес, донник. В поле черного пара этот показатель имел наименьшее значение. Разница между минимальным и максимальным значением этого показателя составила 180 м3/га.
Таблица 2 - Водопотребление сидеральных паров в зависимости от способов основной обработки почвы__
Сидеральная культура (фактор В) Способ основной обработки почвы (фактор А) Среднее по фактору В
вспашка безотвальная обработка мелкая
суммарное водопотребление, м3/га
черный пар (контроль) 1708 1608 1678 1665
вика-овес 1803 1913 1658 1791
горох 1883 1863 1658 1801
донник 1743 1783 1648 1725
горчица 1838 1873 1678 1796
фацелия 1843 1923 1733 1833
гречиха 1883 1948 1703 1845
Среднее по фактору А 1815 1844 1679
коэффициент водопотребление, м3/т
вика-овес 88,0 139,4 93,6 107,0
горох 176,1 253,5 179,7 203,1
донник 288,1 404,2 302,9 331,7
горчица 131,1 169,8 104,9 135,3
фацелия 97,4 165,3 133,8 132,2
гречиха 98,4 128,2 99,8 108,8
Среднее по фактору А 146,5 210,1 152,5
НСР05 А = 24,4; НСР05 В (АВ) = 34,5
Как показали результаты наших исследований, коэффициент водопотребления, свидетельствующий об эффективности использования влаги, зависел как от вида сидерального пара, так и от способа основной обработки почвы.
Безотвальная обработка почвы приводила к достоверному повышению этого показателя на 38-43% относительно мелкой обработки и вспашки, по которой он был наименьшим (146,5 м3/т).
При использовании в качестве сидерата донника однолетнего коэффициент водопотребления был наибольшим, существенно превышающим все остальные культуры, и составлял 331,7 м3/т. Что в 3 раза больше наименьшего показателя, который отмечался при использовании в сидеральном пару вико-овсяной смеси и гречихи. Коэффициент водопотребления горохового пара также существенно превышал оставшиеся виды паров на 54-90%. Более экономично расходовали влагу наравне с вико-овсом и гречихой растения фацелии и горчицы.
Наиболее эффективное сочетание факторов по изучаемому показателю -вико-овес и гречиха по вспашке и мелкой обработке, а также фацелия по вспашке и горчица по мелкой обработке. Худшими были варианты с горохом и особенно с донником независимо от способа обработки почвы.
Продуктивность сидеральных культур в зависимости от способа основной обработки почвы. Водный режим почвы и биологические особенности культур во многом определяют величину фитомассы, поступающей в почву при заделке сидератов. Достоверно повышало урожайность зеленой массы сидератов использование в качестве основной обработки почвы вспашки, в среднем на 2,5-4,2 т/га (табл. 3). Различия между ресурсосберегающими обработками были не значимы. В группу культур, давших максимальную урожайность, входили фацелия, гречиха и вико-овес - 17,9-20,5 т/га. Чуть ниже урожайность (16,1 т/га) обеспечила горчица, значимо отличаясь только от фацелии. Меньшую (в среднем в 2 раза) массу надземной части сформировали горох и доннник.
Таблица 3 - Продуктивность сидеральных культур в зависимости от способа основной обработки почвы, т/га__
Способ основной обработки почвы (фактор А) Сид еральная культура В среднем по фактору А
вико-овес горох донник горчица фацелия гречиха
зеленая масса
Вспашка 20,9 10,9 9,5 16,6 26,3 20,1 17,4
Безотвальная обработка 14,8 7,6 8,0 14,7 17,0 17,1 13,2
Мелкая 17,9 9,3 9,1 17,0 18,2 18,0 14,9
Среднее по фактору В 17,9 9,3 8,9 16,1 20,5 18,4
НСРо5 А = 2,3; Н СР05 В (АВ) = 3,2
корневые остатки
Вспашка 5,0 1,6 0,9 2,7 6,1 4,4 3,4
Безотвальная обработка 3,1 1,0 0,7 2,1 3,9 3,3 2,4
Мелкая 4,6 1,4 0,8 2,5 4,5 4,1 3,0
Среднее по фактору В 4,2 1,3 0,8 2,4 4,8 3,9
НСР05 А = 0,6; Н СР05 В (АВ) = 0,8
Наивысшая урожайность зеленой массы была получена при посеве фацелии на фоне глубокой отвальной обработки почвы, меньшая - при посеве гороха по безотвальной обработке. Разница в урожайности между этими вариантами составила 18,7 т/га или 3,5 раза.
Корреляционный анализ подтвердил предположение о высокой взаимозависимости между массой надземной части сидератов и их корневой системы - г = 0,96. Действительно, изменение массы корней подчиняется той же закономерности, которая была установлена для надземной массы - с достоверно меньшей массой корневой системы донника однолетнего и гороха.
Выбор способа основной обработки почвы оказал влияние на изучаемый показатель. Большая масса корней определялась по вспашке, но ее отличие от мелкой обработки (0,4 т/га) было недоказуемым на 5% уровне значимости. При использовании безотвальной обработки почвы в среднем за 2012-2014 гг. формировалось существенно меньшее количество корневых остатков (на 0,6-1,0 т/га).
По влиянию на накопление корней также лучшим вариантом было сочетание фацелии и вспашки, худшим вариантом по этому показателю было использование донника однолетнего независимо от способа обработки. Разница между контрастными вариантами составила 8,7 раз.
Выводы. Изменчивость запасов продуктивной влаги в период сева сидератов зависела от способа основной обработки почвы, а в период их заделки - от способа содержания пара. Снижение запасов продуктивной влаги
происходило в последовательности: глубокое рыхление - вспашка - мелкая обработка почвы. Запасы влаги в черном пару были достоверно выше по сравнению со всеми видами сидерального пара, кроме донникового, что очевидно связано со слабым развитием культуры.
Безотвальная обработка почвы приводила к существенному повышению коэффициента водопотребления на 38-43% относительно мелкой обработки и вспашки, по которой он был наименьшим (146,5 м3/т). Наиболее экономичными по расходу влаги на единицу урожая зеленой массы были такие сидеральные культуры, как вико-овес, фацелия и гречиха. Максимальный расход влаги отмечался в посевах донника однолетнего, особенно при использовании безотвальной обработки почвы (404,2 м3/т), что почти в 5 раз превышало наименьший показатель, наблюдаемый в посевах вико-овса по вспашке.
Изменение урожайности зеленой массы сидеральных культур и продуктивности их корневых систем подчинялось общей закономерности, которая подтверждена сильной корреляционной связью между массой надземной и подземной частями растений (г = 0,96). Вспашка имела преимущество по сравнению с энергосберегающими способами обработки по влиянию на формирование и зеленой, и корневой массы: превышения составили 2,5-4,2 т/га и 0,4-1,0 т/га, соответственно. Способы минимальной обработки почвы достоверно отличались между собой только по влиянию на накопление корневых остатков; при использовании мелкой обработки их было больше на 25%. Наибольшую величину фитомассы формировала фацелия по вспашке, меньшую горох и донник - по безотвальной обработке. Разница между контрастными вариантами составила 3,8 раза.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Котлярова О.Г., Уваров Г.И., Котлярова Е.Г. Плодородие агроландшафтов Центрально-Черноземной зоны. Белгород: Изд-во БелГСХА, 2004. 277 с.
2. Постановление Правительства Белгородской области от 29 августа 2011 г. N 324-пп "Об утверждении долгосрочной целевой программы "Внедрение биологической системы земледелия на территории Белгородской области на 2011 -2018 годы" // URL:http://belapk.ru/arhiv/324pp/ (дата обращения 18.09.2017).
3. Изучение биометрических характеристик сидеральных культур при проведении биологической рекультивации на территории угледобывающего предприятия ОАО «Шахта № 12» Кемеровской области / М.А. Яковченко [и др.] // Вестник Крас ГАУ. 2017. № 3. С. 120-129.
4. Влияние способов заделки сидератов и навоза на урожайность зерновых культур в зернопаровом севообороте лесостепи Предбайкалья / В.И. Солодун [и др.] // Актуальные вопросы аграрной науки. 2015 г. В-14 (март). С. 9-15.
5. Глубина запашки зеленой массы залежи и клевера на сидерацию и урожайность яровой пшеницы / А.Ю. Лисина [и др.] // Аграрная Россия. 2011. № 5. С. 68-69.
6. Мингалев С.К. Солома и сидерат как удобрение и способы их заделки // Аграрный вестник Урала. 2015. № 6 (136). С. 10-13.
7. Котлярова О.Г., Черенков В.В. Накопление органического вещества сидеральными культурами и поступление питательных веществ в почву при их запашке // Агрохимия. 1998. № 12. С. 15.
8. Структура посевных площадей как основа севооборотов и биологизации земледелия в Белгородской области / Г.Н. Черкасов [и др.] // Биологизация адаптивно-ландшафтной системы земледелия - основа повышения плодородия почвы, роста продуктивности сельскохозяйственных культур и сохранения окружающей среды: материалы Всероссийской науч.-практ. конф-ции БелНИИСХ РАСХН. Белгород: «Отчий край», 2012. С. 314-320.
