CC BY
32
УДК 633.31/37
ЖИТНЯК КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ ФИТОМЕЛИОРАНТ В СУХОСТЕПНОМ ЗАВОЛЖЬЕ
М. Н. Панасов*, доктор с.-х. наук, профессор; Е. П. Денисов, доктор с.-х. наук, профессор; Д. А. Уполовников, канд. с.-х. наук, доцент; К. Е. Денисов, канд. с.-х. наук, доцент; А. М. Марс, канд. с.-х. наук, научный сотрудник
Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова; *Краснокутская селекционная опытная станция
В статье показано влияние посевов житняка до и после распашки на физические и агрохимические свойства каштановых почв в сухостепном Заволжье. Улучшение свойств почвенного покрова способстволо предотвращению его деградации и увеличивало урожайность зерновых культур.
Ключевые слова: Житняк, удобрения, агрохимические свойства, солома, урожайность, яровая пшеница.
Современные системы земледелия без достаточного внесения органических удобрений при интенсивной обработке почвы и отсутствии многолетних трав в севооборотах приводят к деградации почвенного покрова, снижению продуктивности фитоценоза, развитию процессов эрозии. Для предотвращения деградационных процессов многие ученые предлагают широко
применять местные материалы в качестве удобрений. К ним надо отнести осадки сточных вод, цеолитсодержащие породы в сочетании с навозом и минеральными удобрениями [1, 2], дефекат [3], солому [4], известь и доломитовую муку [5] и т. д. Важное место в предотвращении деградации почвы принадлежит посеву многолетних трав. В засушливом Заволжье традицион-
ные многолетние травы (люцерна, козлятник, эспарцет, кострец, овсяница) из-за недостатка влаги слабо растут и развиваются и имеют низкую продуктивность. Это же обусловливает их малую фитомелиора-тивную способность. Житняк - наиболее засухоустойчивая культура, способная хорошо произрастать в Заволжье, давать сравнительно высокие урожаи и положительно влиять на почву. В связи с этим были проведены многолетние исследования по изучению изменения водно-физических и агрохимических свойств каштановых почв под житняком и в звеньях полевого зерно-парового севооборота в Заволжье (пар -озимая пшеница - яровая твердая пшеница - нут - яровая мягкая пшеница - просо - ячмень). Культуры высевались без удобрений, на фоне внесения минеральных удобрений, на фоне запашки соломы и после распашки житняка.
По гранулометрическому составу каштановые почвы опытного участка тяжелосуглинистые. Мощность гумусового горизонта составляет 25... 30 см. Содержание гумуса в слое 0.20 м - 2,8.3,0 %. Поглотительная способность каштановых почв невелика. Сумма поглощенных оснований в верхней части профиля составляет 28,2.28,7 мг/100 г почвы. Среди обменных оснований преобладает кальций -72,9.77,2 % от суммы обменных оснований.
Климат характеризуется как резко континентальный, засушливый. Среднегодовое количество осадков 302 мм.
Изучались житняк пятого года пользования, пласт житняка, их влияние на плодородие почвы и продуктивность сельскохозяйственных угодий в сравнении со старопахотными землями в севообороте на фоне удобрений.
Интегральным показателем плодородия почвы, характеризующим состояние агрофизических свойств почвенного покрова, является плотность почвы. Проведенные исследования показали, что на старопахотных участках в слое 0.30 см плотность почвы достигла максимальных значений - 1,44 г/см3. Пятилетнее возделывание житняка уменьшало плотность почвы пахотного слоя до 1,31 г/см3. На участке по пласту многолетней травы из-за разложения корневых остатков данный показатель составил 1,27 г/см3. Тенденция разуплотнения почвы под житняком в большей степени проявилась в пахотном слое (0.30 см).
Разуплотнение почвы под житняком способствовало росту общей пористости. Так, на старопахотном участке в полумет-
ровом слое она равнялась 45,43 %, на житняке - 49,53 %, по пласту житняка -50,66 %.
Пористость аэрации на поле перепаханного житняка составляла 14,54 %. Под житняком данный показатель был равен 11 %, а на старопахотной почве - 7,79 %.
Для улучшения водного, пищевого и воздушного режимов важное значение имеет оструктуренность почвы.
К пятому году жизни житняк развивал мощную корневую систему, особенно в верхнем слое, что способствовало острук-туриванию почвы. Число агрономически ценных агрегатов на данном варианте составляло 81,2 %. Коэффициент структурности равнялся 4,32. Перепашка житняка за счет разложения корневых остатков увеличивала долю агрономически ценной структуры до 83,2 %. Коэффициент структурности возрос до 4,95. На старопахотном участке из-за систематических обработок процент макроструктуры снизился до 61,7 %, что ниже по сравнению с житняком на 21,5 %. На старопахотной почве резко возрастала доля распыленных частиц. В этом случае количество их увеличивалось до 14,8 %. Это превышало житняковую степь на 10,2 %.
Ценность житняка определялась положительным влиянием его корневой системы на водопрочность почвы. В пахотном слое почвы под житняком степень водо-прочности структурных агрегатов размером 2.3 мм составила 66,5 %, в то время как на старопахотной почве данный показатель был равен 55 %. Возделывание житняка увеличивало водопрочность структуры на 11,5 %. Это можно объяснить тем, что в почве накапливалось до 10.14 т/га органического вещества. Такое количество органического вещества заметно влияло на увеличение гумуса в почве. Содержание гумуса в почве под житняком возрастало на 0,28.0,30 % по сравнению со старопахотным участком.
Содержание гумуса в почве хорошо коррелировало с количеством органического вещества, поступившего в почву. Зависимость содержания гумуса (у) в пахотном слое от количества органического вещества (х) выражалась уравнением вида:
у = 4,42 - 0,44х + 0,0468х2 - 0,00149х3.
При этом погрешность интерполяции нелинейной формы связи равнялась 0,099. Степень линейности составляла 45 %. В этом случае нелинейная взаимосвязь более пригодна для выражения взаимосвязи. Коэффициент корреляционного отношения составил 0,678.
Таблица 1
Содержание нитратного азота в почве на вариантах опыта с посевами яровой пшеницы
в слое 0...20 см, мг на 100 г почвы
Год Контроль ^с)Р30 Солома Солома + ^0Рэ0 После распашки житняка
Паровое звено - яровая твердая пшеница
2003 0,6 1,0 1,2 2,4 2,8
2004 1,2 1,6 1,7 2,1 2,9
2005 1,3 2,2 2,1 2,6 2,7
В среднем 1,0 1,6 1,7 2,4 2,8
Зернобобовое звено - яровая мягкая пшеница
2003 0,8 1,4 1,6 2,6 2,9
2004 1,6 1,8 2,0 2,7 3,9
2005 1,8 2,2 2,4 2,8 3,7
В среднем 1,4 1,8 2,0 2,7 3,4
Питательный режим почвы играет основную роль в росте, развитии растений и формировании урожайности сельскохозяйственных культур.
Первостепенную роль в получении высоких урожаев имеет азот почвы
Накопление нитратов в почве влияет на биологическую активность, благоприятные водно-физические свойства, оптимальную влажность почвы и т. д.
В паровом звене севооборота посеянная после пара озимая пшеница благодаря благоприятному водному режиму интенсивно расходовала азот почвы. Без внесения удобрений содержание нитратного азота в почве под твердой пшеницей, посеянной после озимой, по годам колебалось в пределах 0,6...1,3 мг на 100 г почвы (табл. 1). Внесение азота весной нормой Ы60 повысило содержание азота в почве до 1,0.2,2 мг на 100 г почвы. Запашка соломы увеличила количество нитратов в слое 0.20 см до 1,2.2,1 мг, а солома в сочетании с минеральными удобрениям - до 1,9.2,6 мг на 100 г почвы.
В среднем за три года на контроле нитратный азот составлял 1,0 мг на 100 г почвы, при внесении минеральных удобрений - 1,6 мг; при запашке соломы - 1,7 мг; при совместном внесении соломы и минеральных удобрений - 2,4 мг на 100 г почвы, после житняка - 2,8.
Под яровой мягкой пшеницей, посеянной после нута в зернобобовом звене севооборота, содержание нитратного азота в почве было несколько выше, чем под твердой пшеницей, посеянной после озимой пшеницы.
В среднем за три года контроль уступал в содержании азота в почве варианту с внесением минеральных удобрений на 0,4 мг; варианту с запашкой соломы - на 0,6
мг; варианту с совместным внесением соломы и минеральных удобрений - на 1,3 мг на 100 г почвы, после житняка - на 2,0 мг.
Как под яровой мягкой, так и твердой пшеницей наилучшие варианты с совместным внесением соломы и минеральных удобрений уступали варианту после распашки житняка по содержанию азота в почве на 0,1.0,8 и 0,3.1,2 мг.
Таким образом, наилучший режим азотного питания складывался после распашки житняка и на старопахотной почве в севообороте - в зернобобовом звене, особенно при совместном внесении соломы нута и минеральных удобрений. Ему несколько уступал режим азотного питания в паровом звене, где яровая пшеница высевалась после озимой.
Содержание нитратного азота в пахотном слое (у) зависело от поступления органического вещества (х) в почву.
Зависимость азота от количества органического вещества, поступившего в почву, выражалась уравнениями полинома третьей степени: для парового звена:
у = - 4,13 + 3,14х - 0,49х2 + 0,0245х3; для зернобобового звена:
у = 3,71 -3,21х + 1,18х2 -0,078х3 (рис. 1).
Погрешность интерполяции составила 0,235 и 0,0649.
Коэффициенты корреляции равнялись 0,880 и 0,894. Степень линейности взаимосвязи можно принять за 77,4 и 79,9 %. В этом случае на исключено использование линейных уравнений у = 0,756 + 0,175х и у = 1,639 + 0,162х.
Решая нелинейные уравнения, находим, что во всех случаях увеличение нитратного азота в пахотном слое заметно начинает возрастать при поступлении органического
вещества в почву более 6...8 т/га. Зависимость азота от плотности и структуры почвы представлена на рис. 2 и 3.
В пропашном звене севооборота под яровой твердой пшеницей доступного фосфора было меньше, чем под яровой мягкой пшеницей в зернобобовом звене
севооборота. Это можно объяснить до некоторой степени более интенсивным потреблением фосфора и большим его выносом у озимой пшеницы по сравнению с нутом. Если озимая пшеница выносила доступного фосфора с урожаем в пределах 26.40 кг/га, то нут - 16.24 кг/га.
3,5 п
3,0
2,5 -
2,0 -
1,5 -
1,0
У1=-4,13
4 5 6 7
Количество органического вещества, т/га
10
Рис. 1. Содержание нитратного азота в пахотном слое в зависимости от поступления органического вещества в почву в течение 1 года: 1 - в паровом звене; 2 - в зернобобовом звене
3,5 п
3,0 -
2,5 -
2,0 -
1,5 -
чд о О
1,0
96 - 1183,60х + 32,55х2 + 296,77
у2 = 23,32 - 12,28х - 16,47х2 + 9,86х3
1,06
1,08
1,10
1,12
1,14
1,16
1,18
1,20
1,22
Плотность почвы, г/см
Рис. 2. Зависимость содержания нитратного азота в пахотном слое от плотности почвы: 1 - в паровом звене; 2 - в зернобобовом звене
§ 4,0
- 3,5 -
3,0 -
2,5 -
ё 2,0 -
1,5 -
1,0
У! = 7,58 - 0,59х + 0,0122х2 - 0,000068х3
у2 = 846,20 - 37,37х + 0,546х2 - 0,00263х3
61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72
Количество ценных структурных агрегатов, %
73
74
75
76
77
Рис. 3. Зависимость содержания нитратного азота в пахотном слое от структурности почвы: 1 - в паровом звене; 2 - в зернобобовом звене
В среднем за годы исследований в почве под яровой твердой пшеницей на контрольном варианте без внесения удобрений и биомелиорантов содержание доступного фосфора составило 2,6 мг на 100 г почвы. Различие по вариантам было соответственно 0,3, 0,4 и 0,7 мг на 100 г почвы.
Содержание доступного фосфора под яровой пшеницей было на контрольном варианте в паровом звене на 0,1 мг меньше, чем в зернобобовом звене; на варианте с внесением минеральных удобрений -меньше на 0,3 мг; при запашке соломы и при совместном внесении соломы и минеральных удобрений - на 0,2 мг на 100 г почвы.
После распашки житняка содержание доступного фосфора было выше, чем на варианте с совместным внесением соломы и минеральными удобрениями в паровом звене, на 0,5...4,8 мг на 100 г почвы и в зернобобовом звене - на 0,4.1,0 мг.
Наибольшее количество доступного фосфора было на варианте после распашки житняка. На второе место следует отнести вариант с совместным внесением соломы и минеральных удобрений.
Содержание доступного фосфора (у) в пахотном слое почвы также зависело от количества органического вещества в почве (х). Зависимость содержания доступного фосфора в почве от количества органиче-
Таблица 2
Содержание доступного фосфора в почве на вариантах опыта с посевами яровой пшеницы в слое 0...20 см, мг на 100 г почвы
Год Контроль ^0Рэ0 Солома Солома + + Иб0Р30 После распашки житняка
Яровая твердая пшеница
2003 2,4 2,8 2,7 3,4 8,2
2004 2,5 3,0 3,1 3,3 3,8
2005 2,8 3,0 3,2 3,3 3,9
В среднем 2,6 2,9 3,0 3,3 5,3
Яровая мягкая пшеница
2003 2,6 3,2 3,2 3,4 3,9
2004 3,0 3,4 3,4 4,0 4,4
2005 2,5 3,0 3,0 3,2 4,2
В среднем 2,7 3,2 3,2 3,5 4,2
5,0 -
4,5 -
2 4,0-
ОО сГ
ф
? з,5
¿3 з,о
2,5 -
2,0
У! = - 2,95 + 3,57х - 0,645х2 + 0,0366х3
у2 = 1,44 + 1,46х - 0,362х2 + 0,0249х3
1
10
2 3 4 5 6 7
Количество органического вещества, т/га
Рис. 4. Зависимость содержания доступного фосфора в пахотном слое от количества
органического вещества, поступившего в почву за 1 год:
1 - в паровом звене; 2 - в зернобобовом звене
ского вещества, поступающего от предше- 6 ствующей культуры выражалась уравне-
ниями вида:
для парового звена: 6
11
у = -2,95 + 3,57х -0,645х2 + 0,0366х3;
для зернобобового звена: у = 1,44 + 1,46х- 0,362х2 + 0,0249х3 (рис. 4).
Зависимость содержания фосфора в почве от других факторов представлена на рисунках 5, 6. Погрешность интерполяции теоретической кривой равна 0,0451 и 0,124. Коэффициенты корреляции равнялись 0,746 и 0,982. Степень линейности не превышала 55,6 и 96,4 %. В первом случае правомерно использовать и линейные, и нелинейные уравнения, а во втором -только линейное. Линейные уравнения имели вид:
у = 1,930 + 0,229х; у = 2,270 + 0,286х.
Заметное повышение содержания фосфора в почве отмечено при поступлении органического вещества не менее 8 т/га.
Содержание обменного калия под яровой твердой и мягкой пшеницей было сравнительно высокое, и колебалось на контроле по годам исследований в пределах 32,7...35,8 и 34,7...35,4 мг на 100 г почвы (табл. 3).
Внесение минеральных азотно-фосфор-ных удобрений практически не влияло на содержание обменного калия в почве.
у2 = 0,495 - 0,374х + 0,187х2 - 0,00983х3
5 6 7 8 9 10 11 1
Количество органического вещества, т/га
Рис. 5. Зависимость содержания доступного фосфора в пахотном слое от количества органического вещества, поступившего в почву за 3 года: 1 - в паровом звене; 2 - в зернобобовом севообороте
5,5
5,0
4,5
г 4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
У! = 278,87 - 12,04х + 0,172х2 - 0,000804х3
у2 = 49,24 - 1,94х + 0,0259х2 - 0,000107х3
-1-1—
58 60 62
64 66 68 70 72 74 76 78 Количество ценных структурных агрегатов, %
80
82
84
86
Рис. 6. Зависимость содержания доступного фосфора в пахотном слое от структурности почвы: 1 - в паровом звене; 2 - в зернобобовом звене
Различие с контролем под яровой твердой и мягкой пшеницей составило 0,5 мг на 100 г почвы. Запашка соломы увеличила содержание обменного калия в почве. Внесение в почву соломы и минеральных удобрений повысило содержание калия в почве на 1,7 и 2,4 мг на 100 г почвы.
В среднем за годы исследований на контроле в почве под яровой твердой пшеницей обменного калия содержалось 33,8 мг на 100 г почвы. При внесении минеральных удобрений оно составило почти такое же количество - 34,3 мг. Запашка соломы озимой пшеницы увеличила содержание обменного калия до 35,7 мг, или на 1,9 мг, а на фоне соломы и минераль-
ных удобрений - до 36,4 мг, или на 2,6 мг на 100 г почвы.
В почве под яровой мягкой пшеницей на контроле содержание обменного калия в почве равнялось 35,1 мг на 100 г почвы, при внесении азотно-фосфорных удобрений - 35,6 мг. Запашка соломы нута в почву повысила содержание калия в почве до 36,2 мг, или на 1,1 мг, а соломы вместе с минеральными удобрениями - до 37,2 мг, или на 2,1 мг на 100 г почвы.
После распашки житняка содержание обменного калия в почве возросло в среднем за годы исследований под яровой твердой пшеницей до 39,8 мг, а под мягкой - до 38,9 мг на 100 г почвы.
Таблица 3
Содержание обменного калия в почве на вариантах опыта с посевами яровой пшеницы
в слое 0...20 см, мг на 100 г почвы
Год Контроль N6oPзo Солома Солома + + N6oPзo После распашки житняка
Яровая твердая пшеница
2003 35,8 36,7 37,2 37,5 40,2
2004 32,7 33,2 34,8 35,7 39,8
2005 32,9 33,0 35,3 36,1 39,3
В среднем 33,8 34,3 35,7 36,4 39,8
Яровая мягкая пшеница
2003 35,4 36,0 36,9 37,8 38,2
2004 34,7 35,1 35,6 36,6 39,7
2005 35,2 35,7 36,9 37,2 38,9
В среднем 35,1 35,6 36,2 37,2 38,9
Это объясняется обогащением почвы калием за счет выноса его корнями житняка из более глубоких слоев и аккумулировании в верхнем горизонте. Различие содержания обменного калия под яровой твердой пшеницей после распашки житняка и вариантом совместного внесения соломы и минеральных удобрений составило 3,4 мг, а под яровой мягкой пшеницей - 1,7 мг.
Наилучший режим калийного питания складывался после распашки житняка.
После распашки житняка сумма обменных оснований составила 40,20 мг-экв. на 100 г почвы, что выше старопахотной почвы на 4,29 мг-экв. Содержание кальция увеличилось на 4,1 мг-экв, содержание магния и натрия практически не возросло.
В среднем за годы исследований на старопахотной почве рН был в пределах 6,82.6,97. После распашки житняка рН увеличивался до 7,16.
Увеличение рН объясняется повышением поглощенных двухвалентных оснований, в том числе и Са++, при распашке житняка.
Яровая пшеница, посеянная после распашки житняка, значительно увеличила урожайность зерна. Если после озимой пшеницы в севообороте она составила
0,9.1,26 т/га, то после распашки житняка -1,5.2,1 т/га, или на 62,4 и 59,5 % больше. При этом заметно улучшалось качество зерна.
Литература
1. Гришин, Г. Е. Изменение плодородия серой лесной почвы под влиянием цеолита и удобрений / Г. Е. Гришин, Е. Е. Кузина // Нива Поволжья. - 2008. - № 2. - С. 1-5.
2. Гришин, Г. Е. Изменение урожайности и водопотребления растений под влиянием цеолита и удобрений / Г. Е. Гришин, Е. Е. Кузина // Нива Поволжья. - 2008. -№ 2. - С. 6-9.
3. Кузин, Е. Н. Химическая и биологическая мелиорация черноземов выщелоченных лесостепного Поволжья / Е. Н.Кузин, Л. А. Кузина // Нива Поволжья. - 2008. - № 2. - С. 24.-30.
4. Лебедева, Т. Б. Использование соломы для улучшения гумусного состояния почв / Т. Б. Лебедева, М. В. Арефьева, А. Н. Арефьев // Нива Поволжья. - 2008. -№ 1. - С. 12.-16.
5. Шильников, И. А. Природоохранное значение известкования почв / И. А. Шильников, Г. Е. Гришин, Н. И. Аканова // Нива Поволжья. - 2008. - № 1. - С. 17-20.
