CC BY
34
УДК: 631.51
возможности минимализации обработки черноземных почв в воронежской области
В.И. ТУРУСОВ, член-корреспондент РАН, директор
В.М. ГАРМАШОВ, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. отделом
B.А. ШЕВЧЕНКО, аспирант
C.Е. ДУДЧЕНКО, аспирант
НИИ сельского хозяйства Центрально-Чернозёмной полосы имени В.В. Докучаева, квартал 5, 81, поселок 2-го участка, Таловский район, Воронежская область, 397463, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. На основании научных исследований, проведенных в длительных стационарных опытах на базе НИИ сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы имени В.В. Докучаева и в краткосрочных производственных испытаниях в хозяйствах с хорошим техническим оснащением и использованием современных технологий, разработаны наиболее эффективные приемы обработки почвы, обеспечивающие воспроизводство ее плодородия и формирование устойчиво высоких урожаев. В агроэкологических условиях Воронежской области хозяйственно оправданный уровень минимализации определяется как почвенно-климатическими характеристиками и биологическими особенностями культур севооборота, так и уровнем научно-технической обеспеченности хозяйств. На современном этапе развития земледелия для преобладающей части территории области во всех ее агроэкологических районах при среднем уровне материально-технической базы сельхозпредприятий в зернопро-пашных севооборотах с широким набором возделываемых культур целесообразна комбинированная разноглубинная система обработки почвы, основанная на сочетании отвальных, безотвальных и поверхностныхобработокс преимущественным использованием вспашки на20-22см под пропашные и зернобобовые, какнаиболее требовательные к физическим условиям почвенного плодородия культуры. В хозяйствах с высокой культурой земледелия наиболее эффективно уменьшение глубины обработки с20-22см до 8-10 см и использование прямого посева при возделывании ячменя. Отрицательно на минимализацию обработки почвы реагируют культуры со стержневой корневой системой - бобовые (горох, нут), которые в этом случае снижают продуктивность при использовании интенсивных технологий на 6,4-14,5%, нормальных - на35,1-39,9%. Наибольшая урожайность указанных культур получена после вспашки на глубину20-22см: гороха - 14,8 ц/га и нута - 23,5 ц/га. Ключевые слова: ландшафтные системы земледелия, плодородие, обработка почвы, минимализация обработки, обрабатываемый слой.
Для цитирования: Турусов В.И., Гармашов В.М., Шевченко В.А. Возможности минимализации обработки черноземных почв в Воронежской области //Достижения науки и техники АПК. 2014. Т.28. №12. С. 5-8.
Важнейшее условие роста эффективности и устойчивости земледелия, наряду с инновационным направлением развития, - повышение плодородия почвы. Важный резерв решения этой задачи - научно обоснованная обработка почвы. Результаты исследований и практика показывают, что, как высокая ее интенсивность, так и чрезмерная минимализация обработки в севообороте приводят к ухудшению агрофизических свойств почвы, влагообеспеченности посевов, снижают уровень минерального питания и в целом плодородия почвы и продуктивности культур [1-4].
На сегодняшний день в связи с ростом научно-технического прогресса, химизации сельскохозяйственного производства, а также значительного удорожания энергоносителей возрастает востребованность минимализации обработки почвы. При этом, как показывает практика, ее положительный результат, даже
как одноразового приема под отдельную культуру, чаще всего отмечается в хозяйствах с хорошим материально-техническим оснащением, высокой культурой земледелия и технологической дисциплиной [5, 6].
Переход на ландшафтные принципы ведения земледелия требует дифференцированного подхода к выбору способов обработки почвы. Все это обусловливает необходимость расширения и углубления исследований в поиске оптимальных способов и систем обработки почвы в современном земледелии Центрального Черноземья.
Цель наших исследований - обоснование наиболее эффективных приемов обработки почвы для адаптивно-ландшафтных систем земледелия Ценрально-Черноземного региона, обеспечивающих повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 1985-2013 гг. в длительных стационарных опытах на полях отдела адаптивно ландшафтного земледелия НИИСХ Центрально-Черноземной полосы имени В.В. Докучаева (НИИСХ ЦЧП) и с 2010 г. - в ЗАО «Агрофирма Павловская Нива» Павловского района Воронежской области.
В НИИСХ ЦЧП изучали различные приемы обработки почвы в краткосрочных опытах и ее системы - в длительных стационарных экспериментах.
Объект исследований - чернозем обыкновенный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый с благоприятными физико-химическими и агрохимическими показателями со следующей агрохимической характеристикой слоя 0-30 см: содержание гумуса (по Тюрину в модификации В.Н. Симакова, ГОСТ 26213-91) - 6,48%, общего азота (по Гинзбургу) -0,346%, общего фосфора (по Гинзбургу и Щегловой) -0,208%, общего калия (по Ожигову) - 1,85%, азота гидролизуемого (по Тюрину и Кононовой) - 61,2 мг/кг почвы, сумма поглощенных оснований (ГОСТ 2782188) - 66,4 мг/кг почвы, рНКС| - 6,99, гидролитическая кислотность - 0,57 мг-экв/100 г почвы.
Схема краткосрочного опыта предусматривала изучение следующих приемов основной обработки почвы: вспашка на 20-22 см (контроль); чизелевание на 20-22 см; чизелевание на 45 см; обработка орудием со стойками СибИМЭ на 20-22 см; без основной обработки почвы (посев сеялкой СЗ-3,6).
Высеваемая культура - ячмень сорта Одесский 100.
Влияние различных систем обработки почвы на плодородие чернозема и продуктивность возделываемых культур изучали в многолетнем стационарном опыте в зернопропашном десятипольном севообороте с чередованием культур: кукуруза на силос - озимая пшеница - сахарная свекла - однолетние травы -озимая пшеница - кукуруза на зерно - горох - озимая пшеница - подсолнечник - ячмень.
Схема этого эксперимента включала следующие варианты: отвальные системы обработки почвы - ежегодная вспашка на 20-22 см; 25-27 см; 30-32 см; 3537 см; безотвальные - ежегодная разноглубинная плоскорезная обработка от 10-12 до 25-27 см под различные культуры севооборота; ежегодное рыхление плугом без отвалов на глубину 25-27 см.
В ЗАО «Агрофирма Павловская Нива» исследования проводили на черноземе обыкновенном со следующей агрохимической характеристикой слоя 0-30 см: содержание гумуса (по Тюрину в модификации Симакова, ГОСТ 26213-91) - 6,0%, подвижного фосфора (по ГОСТ 26204-91) - 81 мг/кг почвы, обменного калия (по ГОСТ 26204-91) - 169 мг/кг почвы, рНКС1 - 6,6, гидролитическая кислотность - 1 мг-экв/100 г почвы, сумма обменных оснований (по ГОСТ 27821-88): Са -28,8 мг-экв/100 г почвы, Мд - 2,8 мг-экв./100 г почвы.
ЗАО «Агрофирма Павловская Нива» - хозяйство с хорошим материально-техническим оснащением и высокой культурой земледелия. Однако территория его землепользования отличается сложным рельефом, значительная площадь пашни расположена на склонах с неглубоким гумусовым горизонтом и развитыми процессами эрозии почвы, что вызывает необходимость минимализации обработки.
В хозяйстве схема опыта включала следующие варианты: вспашка на глубину 20-22 см (контроль); вспашка + чизелевание на 30-32 см; чизелевание на 20-22 см; дисковое лущение на 8-10 см + безотвальная обработка на 20-22 см; дисковое лущение на 8-10 см; нулевая обработка (прямой посев сеялкой РаЫтад).
При нулевой обработке после уборки предшественника применяли гербицид Торнадо 500, ВР с нормой расхода 2,0 л/га.
В опыте высевали ячмень сорта Вакула и нут Приво 1. На ячмене в фазе кущения применяли гербицид Балерина, СЭ с нормой расхода 0,4 л/га; на нуте химические средства борьбы с сорняками не использовали.
Экспериментальный участок расположен на склоне крутизной до 1о юго-западной экспозиции.
Исследования проводили согласно методикам, принятым в опытах по общему земледелию и растениеводству, а также в практике лабораторных работ [7-9].
Центрально-Черноземная зона РФ находится в зоне недостаточного увлажнения (ГТК меньше 1). В последние годы дефицит влаги в регионе практически ежегодно лимитирует получение высоких урожаев.
Естественная влагозарядка почв ЦЧЗ происходит в осенне-зимне-весенний период, достигая максимума весной - 190-240 мм доступной влаги.
результаты и обсуждение. Чернозем обыкновенный независимо от способа и глубины основной обработки в равной мере накапливает влагу осенне-зимне-весенних осадков (табл. 1). Запас доступной влаги в метровом слое в начале весенних полевых работ был практически одинаковым во всех вариантах и не зависел от компоновки (физическое состояние обрабатываемого слоя, созданного различными способами и глубиной обработки). Безотвальные и нулевая обработки почвы в условиях лесоаграрного ландшафта НИИСХ ЦЧП не способствовали росту запасов влаги в черноземе обыкновенном за осенне-зимне-весенний период. Увеличение глубины обрабатываемого слоя при любой его компоновке (отвальной и безотвальной) также не оказывало существенного влияния на накопление доступной влаги в почве в указанный
период, что, с одной стороны, связано с ее хорошими физическими свойствами, с другой, с преобладанием процесса поглощения влаги выпадающих осадков над испарением, обусловленным низкими положительными температурами.
Минимализация обработки почвы (уменьшение глубины, одногодичное исключение механического воздействия на обрабатываемый слой) в засушливых условиях начала вегетационного периода приводит к уменьшению запаса доступной влаги в слое 0-20 см, по сравнению со вспашкой, на 2,6 мм. Это связано с увеличением плотности его сложения в течение вегетации до 1,10-1,14 г/см3 (в контроле в слое 0-40 см - 1,041,09 г/см3) и более быстрым прогреванием, способствующим усилению интенсивности испарения влаги. Увеличение плотности и снижение влажности почвы в слое 0-20 см приводит к неравномерным, изреженным всходам, что в дальнейшем способствует росту засоренности и негативно сказывается на продуктивности посевов.
Многолетние исследования по изучению различных систем обработки почвы, ранее проведенные в длительном стационарном опыте НИИСХ ЦЧП, показали, что водный режим чернозема обыкновенного в течение вегетационного периода под воздействием этого фактора также изменяется существенно. В отдельные годы увеличение глубины вспашки приводило к большему накоплению влаги, однако этот потенциал не удавалось реализовать в продуктивности возделываемых культур, так как она расходовалась на физическое испарении или менее продуктивно использовалась растениями из-за ухудшения условий минерального питания [8].
Расчет коэффициента водопотребления свидетельствует о более эффективном использовании влаги в почвенно-климатических условиях юго-востока Центрально-Черноземной зоны при отвальных обработках почвы: на удобренном фоне - 114,1 м3/т, на неудобренном - 139,3 м3/т. В вариантах с безотвальными приемами расход влаги был менее продуктивным. При этом наиболее эффективным он оказался в варианте с обработкой почвы чизелем на глубину 20-22 см (110,2 и 144,1 м3/т зерна ячменя соответственно). Отказ от основной обработки почвы приводил к наибольшему водопотреблению в расчете на единицу продукции как без удобрений (256,5 м3/т зерна ячменя), так и с их применением (179,1 м3/т зерна ячменя).
Аналогичную закономерность отмечали в длительном стационарном опыте при изучении различных способов и систем обработки почвы в зернопропашном севообороте. Наиболее эффективно запасы влаги и выпадающие осадки использовались при отвальной системе основной обработки почвы на глубину 20-22 см,
Таблица 1. влияние способов и глубины основной обработки на содержание доступной влаги в почве в опытах ниисх цЧП (в среднем за 19891991 гг.), мм
Слой почвы, см Перед уходом в зиму В начале Фаза развития ячменя
Способ и глубина обработка почвы весенних полевых работ кущение колошение полная спелость
Вспашка на 0-20 31,9 39,8 37,2 18,8 19,1
20-22 см (контроль) 0-100 151,4 206,5 172,2 123,0 98,2
Чизелевание на 20-22 см 0-20 34,6 37,6 35,0 16,5 20,7
0-100 155,7 215,9 155,4 97,5 103,8
Чизелевание на 45 см 0-20 32,3 37,5 38,6 15,7 19,4
0-100 160,4 200,4 183,2 101,1 106,0
Стойки 0-20 31,9 37,4 36,4 18,5 19,5
СибИМЭ на 20-22 см 0-100 150,6 208,0 180,8 113,0 82,8
Без основной 0-20 31,0 40,3 34,6 17,6 18,0
обработки почвы 0-100 153,1 208,1 160,2 109,2 87,1
когда в среднем за 2 ротации десятипольного севооборота расход влаги на получение 1 тыс. корм. ед. на удобренном фоне составил 80,5 м3, на неудобренном -102,3 м3. Увеличение глубины обработки при использовании отвальной системы и ежегодное применение безотвальных способов вызывали менее рациональное использование влаги и увеличение водопотребления на производство единицы урожая. При этом расход воды на формирование 1 тыс. корм. ед., по сравнению с ежегодной вспашкой на 20-22 см, при отвальной обработке на глубину 25-27 см на удобренном фоне возрастал на 0,26 м3, на неудобренном - на 0,17 м3; при ежегодной вспашке на 30-32 см - на 0,39 и 0,36 м3, на глубину35-37 см -на 0,50 и 0,39 м3; при безотвальной разноглубинной системе обработки - на 0,31 и 0,44 м3 соответственно.
Более эффективное использование запасов влаги почвы и осадков, выпадающих в течение вегетационного периода, на юго-востоке Центрально-Черноземной зоны при вспашке на глубину 20-22 см, на наш взгляд, связано с тем, что в этом случае формируются лучшие условия для поддержания плодородия чернозема обыкновенного и выращивания большинства возделываемых в зоне культур, уменьшается засоренность посевов.
На фоне применения минеральных удобрений суммарный расход влаги культурами для создания 1 т урожая основной продукции снижался, по сравнению с неудобренными вариантами, на 22,0-25,1%.
Результаты исследований, проведенных в ЗАО «Агрофирма Павловская Нива», также показали, что способы обработки почвы оказывают незначительное влияние на изменение водно-физических свойств чернозема обыкновенного. Минимализация обработки приводила к некоторому повышению плотности сложения слоя почвы 0-40 см, которая при этом не выходила за пределы оптимальных значений - 1,2-1,3 г/см3.
Уменьшение глубины обработки почвы с 20-22 до 8-15 см вызвало снижение содержания влаги в почве в среднем за вегетационный период в пахотном слое (0-20 см) на 7,0-24,6%, в метровом слое - на 4,0-9,3%. Причем в варианте с нулевой обработкой ее запасы находились на уровне вспашки на глубину 20-22 см.
Одногодичное применение различных способов обработки практически не сказалось на уровне биологической активности почвы. Наибольшее количество нитратного азота в слое 0-40 см отмечено после вспашки на 20-22 и 2527 см. Уменьшение глубины обработки почвы, независимо от способа, ухудшало обеспеченность почвы нитратными формами этого элемента на 17,0-18,8%, отказ от такого технологического приема -на 6,6%.
По результатам исследований, проведенных на базе ЗАО «Агрофирма Павловская Нива», культуры с различными агроэкологическими требованиями к условиям произрастания по-разному реагировали на минима-лизацию обработки почвы. Яровые зерновые с мочковатой корневой системой (ячмень) при высокой культу-
Рис. 1. Урожайность ячменя при различных способах обработки почвы (независимо от факторов интенсификации), в среднем за 2011-2014 гг.: 1 - вспашка на 20-22 см (контроль); 2 - безотвальная обработка на 20-22 см; 3 - дисковое лущение на 8-10 см; 4 - прямой посев.
ре земледелия и однократном использовании приемов минимальной обработки почвы практически не снижали продуктивности (рис. 1). Величина урожайности ячменя варьировала в пределах от 35,7 ц/га при нулевой обработке почвы и проведении посева специальной сеялкой РаЫтад до 36,7 ц/га после дискового лущении на глубину 8-10 см. При вспашке на глубину 20-22 см (контроль) величина этого показателя составила 36,5 ц/га.
Отрицательно на минимализацию обработки почвы реагировали бобовые культуры (в северном агроэко-логическом районе области - НИИСХ ЦЧП - горох, в юго-западном - ЗАО «Агрофирма Павловская Нива» -нут), имеющие стержневую корневую систему и более требовательные к плодородию почвы (рис. 2).
Под эти культуры в обоих агроэкологических районах области наилучшим способом обработки почвы была вспашка на 20-22 см, при использовании которой установлена наибольшая урожайность: горох -14,8 ц/га, нут - 23,5 ц/га.
Увеличение глубины основной обработки почвы не оказало положительного влияния на продуктивность зернобобовых культур, а ее минимализация привела к снижению урожайности. Например, сбор гороха при поверхностной обработке почвы (дисковое лущение на глубину 8-10 см) сократился на 5,2 ц/га, при нулевой -на 5,9 ц/га (НСР05= 2,2 ц/га). Снижение урожайности
Рис. 2. Урожайность нута при различных способах обработки почвы и факторах интенсификации (в среднем за 2013-2014 гг.): 1 - вспашка на 20-22 см (контроль); 2 - вспашка + чизелевание на 32 см; 3 - безотвальная обработка на 20-22 см; 4 - дисковое лущение на 8-10 см + безотвальная на 20-22 см; 5 - поверхностная (дисковое лущение) на 8-10 см; 6 -нулевая обработка.
Таблица 2. влияние различных способов обработки почвы на качество зерна ячменя (в среднем за 2011-2012 гг.)
Способ и глубина обработки почвы Содержание, % Натура
N P K 1 белок зерна, г
Вспашка на 20-22 см (контроль) 2,00 0,248 0,41 11,36 620,8
Безотвальная обработка на 20-22 см 1,91 0,248 0,43 10,84 624,5
Дисковое лущение на глубину 10-12 см 1,90 0,250 0,42 10,84 626,1
Нулевая обработка 1,89 0,248 0,40 10,76 645,7
НСР05 0,24
нута в среднем за 2 года исследований на 6,4-7,2% было отмечено на фоне безотвальной и поверхностной обработки почвы даже при использовании интенсивных агротехнологий. Минимальная в опыте, но в целом довольно высокая урожайность нута, была установлена при нулевой обработке почвы - 20,1 ц/га, что, на наш взгляд, обусловлено использованием современной техники и интенсивных агротехнологий.
Эффективность агротехнических приемов определяется не только уровнем и прибавками урожая, но и качественными характеристиками производимой продукции.
Наилучшее качество ячменя отмечено при вспашке на 20-22 см (табл. 2). В варианте с чизелеванием на 2022 см содержание азота в зерне культуры снизилось на 4%, фосфора - осталось на уровне отвальной обработки почвы, калия - повысилось на 4,9%,концентрация белка существенно уменьшилось, по сравнению со вспашкой, на 0,52-0,60%.
Дисковое лущение на глубину 8-10 см также привело к снижению содержания азота - на 5,0-5,5% и белка - на 4,6-5,3%, по сравнению с контролем, при содержании фосфора и калия на уровне варианта со вспашкой. Наихудшее качество ячменя отмечали при прямом посеве: количество азота в зерне снизилось
на 5,5%, белка - на 0,60% (НСР05=0,24%), фосфора и калия - оставалось на уровне вспашки. При этом одновременно отмечена тенденция повышения натуры зерна, по сравнению с контролем, на 24,9 г, или на 4%.
вывод. В агроэкологических условиях Воронежской области возможна минимализация обработки почвы, но ее хозяйственно оправданный уровень будет определяться как почвенно-климатическими условиями и биологическими особенностями культур севооборота, так и уровнем материально-технического обеспечения предприятий.
Особенно отрицательно на уменьшение интенсивности обработки почвы реагируют культуры со стержневой корневой системой. Например, продуктивность бобовых (горох, нут) в этом случае на фоне интенсивных технологий снижается на 6,4-14,5%, нормальных - на 35,1-39,9%. Более эффективна минимализация при обработке почвы, до прямого посева включительно, под ячмень, но при использовании интенсивных агро-технологий.
При современном уровне развития земледелия для преобладающей части территории Воронежской области с широким набором возделываемых культур в зер-нопропашных севооборотах наиболее целесообразна комбинированная разноглубинная система обработки почвы, основанная на сочетании отвальных, безотвальных и поверхностных обработок, с использованием вспашки на 20-22 см под наиболее требовательные к условиям почвенного плодородия культуры.
Литература.
1. Боронтов O.K., Арбузова Т.В., Королева В.А. Агрофизические свойства чернозема выщелоченного при его обработке в паропропашном севообороте// Земледелие. 2010. № 2. С. 24-26.
2. Дудкин И.В., Шмат З.М. Системы обработки почвы и сорняки// Защита и карантин растений. 2010. № 8. С. 28-30.
3. Коржов С.И., Трофимова Т.А., Черников А.С. Изменение физических свойств чернозема выщелоченного при сельскохозяйственном использовании // Вестник Российской академии с.-х. наук. 2009. № 3. С. 34-37.
4. Occasional Tillage of No-Till Systems / J.A. Ouincke, C.S. Wortmann, M. Mamo, T. Franti, R.A. Drijber // Agronmy Journal. 2007. № 99 (4). P. 1158-1168.
5. Loss and Recovery of Soil Organic Carbon and Nitrogen in a Semiarid Agroecosystem /J.B. Norton, J. Eusebieus, M. Notron, U. Norton // Soil Organic Society of America Journal. 2012. №76 (2). P. 505-514.
6. Черкасов Г.Н., Пыхтин И.Г., Гостев А.В. Возможность применения нулевых и поверхностных способов основной обработки почвы в различных регионах//Земледелие. 2014. № 5. С. 13-16.
7. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
8. Практикум по земледелию/под редакцией С.А. Воробьева. Изд. 3-е, доп. и перераб. М.: Изд-во «Колос», 1967. 319 с.
9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. Изд. 5-е доп. и перераб. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.
possibilities of minimal soil treatment on black soils in Voronezh region
V.I. Turusov, V.M. Garmashov, в.А. Shevchenko, S.E. Dudchenko
Research Institute of Agriculture of Central Black soil region named after V.V. Dokuchaev, the 5th quarter, 81, settlement of the2nd district, Talovsky district, Voronegh region, 397463, Russia
Summary. The most efficient tillage methods, ensured reproduction of soil fertility and formation of stable high yields, were developed on the basis of researches carried out in long-term stationary experiments at Research Institute of Agriculture of Central Black Soil Region named after V.V. Dokuchaev and in short-term industrial tests at farms with good technical equipment and using modern technologies. Under agroecological conditions of Voronezh region the economy reasonable level of minimization is determined both by soil and climatic characteristics and biological features of cultures in a crop rotation and by level of scientific and technical service of farms. On the modern level of agriculture development for the major part of the region in all agroecological regions with the average level of material and technical resources of farms in cereal and fallow crop rotations with a wide set of cultivated cultures it is reasonable to use the combined system of soil treatment on a different depth based on the combination of moldboard, boardless and surface treatments with primary use of plowing at 20...22 cm before row and legume cultures as the most demanding crops of physical conditions of soil fertility. Reduction of depth of soil processing from 20.22 cm to 8.10 cm and use of direct sowing during barley cultivation is the most effective in farms with standards of farming. Crops with tap root system - leguminous (pea, chickpea) negatively respond to the minimization of soil treatment; they reduced their productivity by 6.4...14.5 % with intensive technology, and by 35.1...39.9 % with normal one. Plowing on depth of 20-...22 cm for these crops caused the greatest productivity of pea 14.8 cwt/ha and chickpea 23.5 cwt/ha. Keywords: landscape systems of agriculture, fertility, soil processing, minimization of tillage, treated layer.
Author details: V.I. Turusov, Corresponding Member of Russian Academy of Science, Director (e-mail:[email protected]); V.M. Garmashov, Cand. Agricultural Sci., Head of Division; В.А. Shevchenko, Post graduate student; S.E. Dudchenko, Post graduate student For citation: Turusov V.I., Garmashov V.M., Shevchenko B.A., Dudchenko S.E. Possibilities of minimal soil treatment on black soils in Voronegh region // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2014. T.28. №12. pp. 5-8 (In Russ)
