Продуктивность культур и плодородие почвы при различных системах основной обработки и зернопаровом севообороте на южных черноземах Оренбургского Предуралья

Актуальность темы

К одному из главных факторов стабилизации экологической обстановки на планете относится сохранение и воспроизводство плодородия почвы, являющейся составной частью биосферы.

Интенсивная и нерациональная эксплуатация земельных угодий, высокая степень антропогенной нагрузки на почву, связанная с применением энергоемких технологий ее обработки, явились причиной значительного снижения уровня почвенного плодородия пахотных земель в результате дегумификации, прогрессирующего эрозионного разрушения почв и их агрофизической деградации. Снижение плодородия почвы нарушает сбалансированность агроэкосистем и в значительной степени обостряет в целом экологическую ситуацию в земледелии.

Особое беспокойство почвоведов и земледелов вызывают масштабы разрушения почв. В настоящее время каждый из 3,5 га пашни в той или иной степени подвержен разрушению (191).

Только в Оренбургской области, с неоправданно высокой степенью распаханности территорий, из 6,3 млн. га пашни — 2,1 млн. подвержены водной, 1,4 — ветровой и 1,5 млн. га совместной эрозии, кроме того, потенциально эрозионно-опасных земель насчитывается 1,1 млн. га (163).

Установлено, что в условиях области темпы эрозионных потерь органического вещества в почве возросли в 1,5−2 раза и составляют ежегодно от 0,5 т/га у черноземов южных и каштановых почв до 1,5 т/га у типичных и обыкновенных черноземов. Минерализация гумуса составляет 0,4−0,7 т/га, а на парах достигает 2,0 т/га. Это привело к тому, что к настоящему времени черноземами типичными потеряно 3,25, а обыкновенными, южными черноземами и каштановыми почвами соответственно 1,15, 1,35 и 0,99 абсолютных процентов гумуса (118). Балл бонитета пахотных почв области в среднем снизился от 86−93 до 64−66 (24).

Невысокая эффективность применяемых до сих пор противоэрозионных мероприятий вызывает необходимость разработки и внедрения новых почвозащитных, экологически сбалансированных, базирующихся на ландшафтной основе, систем земледелия, направленных на создание высокопродуктивных агроландшафтов. При этом адаптация земледелия к существующим почвенно-климатическим, экономическим и экологическим условиям должна идти на основе ресурсосберегающих, почвозащитных технологий обработки почвы.

Наряду с экологическими факторами, другими причинами, вызывающими необходимость совершенствования обработки почвы, в условиях области стали резко выраженная засушливость климата, ухудшение социально-экономических условий, недостаточный уровень внесения органических и минеральных удобрений, высокий удельный вес зерновых в структуре посевных площадей, увеличение засоренности полей.

В связи с этим, стратегия обработки почвы в современных условиях должна строиться в направлении снижения ее интенсивности до оптимального уровня, обеспечивающего сохранение естественного состояния почвенного покрова при щадящем режиме антропогенного воздействия на него, высокую устойчивость экосистем, биологические пути воспроизводства почвенного плодородия, накопление и рациональное использование влаги, высокую продуктивность агроценозов и экономию материальных ресурсов.

Основой почвозащитных, ресурсосберегающих технологий обработки почвы должно стать использование в качестве основной обработки безотвальных ее способов различной степени минимализации от глубоких до мелких и нулевых обработок.

В этой связи в земледелии наиболее актуальным является определение уровней минимализации обработки черноземов, отличающихся наиболее благоприятными для этого физическими свойствами, и разработка на этой основе ресурсосберегающих, почвозащитных систем основной обработки их в составе севооборотов с учетом зональных условий.

Наибольшее внимание в этом плане привлекают черноземы южные, занимающие в Оренбургской области 40% площади пашни и доминирующие среди других подтипов почв. Эффективность применения безотвальных технологий обработки на черноземах южных в условиях области изучена слабо, практически не исследовались их агрофизические свойства.

Именно на решение этой и выше отмеченных проблем направлены исследования, проводимые кафедрой земледелия и ТППР Оренбургского ГАУ с 1988 года.

В данную работу положены результаты части этих исследований, выполняемых в соответствии с государственной научной программой «Плодородие почвы», координируемой Департаментом кадровой политики и образования МСХ РФ и Министерством науки и технологий (Государственный номер регистрации 191 006 987).

Цель и задачи исследований. Цель исследований — разработать почвозащитные ресурсосберегающие технологии основной обработки южного чернозема в зернопаровом севообороте.

Задачи исследований сводились к следующему:

1. Определить оптимальные параметры агрофизических показателей плодородия южных черноземов для озимой ржи и яровой пшеницы (объемная масса, равновесная плотность, строение пахотного слоя).

2. Изучить влияние различных систем основной обработки на структурное состояние пахотного слоя почвы.

3. Выявить особенности накопления влаги в почве и использования ее в посевах зерновых культур в зависимости от приемов основной обработки.

4. Изучить влияние различных способов основной обработки почвы на динамику засоренности и фитосанитарное состояние посевов культур в севообороте.

5. Изучить микробиологическую активность почвы по горизонтам пахотного слоя в зависимости от способов и глубины ее обработки.

6. Изучить влияние различных способов обработки на пищевой режим почвы.

7. Определить действие различных приемов и систем основной обработки почвы на продуктивность зерновых культур в севообороте.

8. Провести экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности различных ресурсосберегающих систем основной обработки почвы при возделывании зерновых культур и определить оптимальный уровень их интенсивности.

В опыте изучались 16 различных по интенсивности систем основной обработки почвы.

Научная новизна. Впервые на Южном Урале определены оптимальные для озимой ржи и яровой пшеницы агрофизические показатели плодородия южного чернозема и его равновесная плотность, выявлен и обоснован по результатам экономической и энергетической оценки оптимальный уровень интенсивности системы основной обработки в зернопаровом севообороте.

Практическая значимость. Разработанные нами ресурсосберегающие технологии основной обработки почвы вошли в рекомендации по повышению устойчивости сельскохозяйственного производства Оренбургской области (Оренбург, 1998). Результаты исследований используются в учебном процессе Оренбургского ГАУ, прошли успешную производственную проверку и внедрены в хозяйствах Оренбургского и Илекского районов Оренбургской области, в которых применение на площади 1235 га в составе четырехпольных зернопаровых севооборотов системы комбинированной обработки, сочетающей глубокое безотвальное рыхление в пару с последующими вспашкой и плоскорезной обработкой на 20−22 см, позволило в сравнении с разноглубинной вспашкой снизить затраты труда в расчете на тонну зерна на 0,19 чел.-ч, повысить на 3,4% рентабельность и получить годовой экономический эффект в размере 10 127 руб.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практической конференции, посвященной 40-летию освоения целины (Оренбург, 1994), научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1994, 1995, 1997), на всероссийском научно-техническом семинаре (Оренбург, 1994), на заседаниях кафедры земледелия и Till IP Оренбургского ГАУ.

Публикации. Основные положения работы изложены в семи научных статьях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 232 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству.

Список литературы

включает 290 источников, из них 13 иностранных авторов, имеется 26 таблиц, 16 рисунков и 39 приложений.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Влияние способов и глубины основной обработки на агрофизические показатели плодородия почвы.

3.1.1. Плотность сложения почвы.

Плотность сложения почвы является наиболее значительным фактором, определяющим ее физическое состояние. Показателями количественной оценки плотности служат объемная масса, общая и дифференцированная пористость почвы. Плотность почвы относят к важнейшему агрофизическому показателю почвенного плодородия, поскольку от нее зависят такие свойства почвы, как воздухои влагоемкость, водопроницаемость, испаряющая и влагоподъемная способность, теплоемкость и теплопроводность, кроме того, она существенно влияет на микробиологическую активность почвы и интенсивность протекания процессов газои воздухообмена и окислительно-восстановительных реакций в почве (18, 32, 144, 147, 237). От плотности сложения почвы некоторым образом зависят и ее технологические свойства, тяговое сопротивление и качество обработки.

Многочисленные исследования показали, что рост и развитие культурных растений угнетается, как при повышенной плотности почвы, так и при избыточно рыхлом ее сложении (58, 237, 239). Для сельскохозяйственных культур существует своя оптимальная объемная масса почвы, обеспечивающая наилучшие условия для их произрастания и формирования наибольшего урожая. Определение ее значений показало, что различные культуры не одинаково требовательны к плотности сложения почвы, например, если для пропашных культур предпочтительней более рыхлая почва, то злаковые без ущерба переносят более высокую плотность (32, 94, 284). Причем, даже для одних и тех же культур значения оптимальной объемной массы различаются в зависимости от фазы развития, климатических и почвенных условий, поэтому определять точные значения ее довольно сложно (12, 28, 29, 186).

В связи с этим, оптимальное сложение почвы характеризуется некоторым диапазоном ее плотности. Так, Г. И. Казаков указывает, что на черноземе обыкновенном тяжелосуглинистом в условиях Среднего Заволжья оптимальные параметры объемной массы в слое 0−30 см для озимых зерновых равны 1,1−1,3, яровых пшеницы и ячменя — 1,0−1,2, кукурузы и гороха-0,9−1,1 г/см, а у П. П. Колмакова и A.M. Нестеренко на.

•j южном карбонатным черноземе Целиноградской области — 1,08−1,10 г/см, на южных среднесуглинистых черноземах засушливых степей Саратовского Заволжья Ю. Ф. Курдюков и Н. И. Колодина определили ее значения для У пшеницы в пределах 1,2−1,3 г/см, в то же время у Г. Я. Палецкой и В. Н. Слесарева на тяжелосутлинистом черноземе в Сибири она составляет -1,1 г/см и у С. С. Сдобникова колеблется от 1,05 до 1,15 г/см (94, 120, 147, 228). Для кукурузы A.M. Васильевым и И. Б. Ревутом отмечены значения оптимальной плотности равные 1,05−1,20 г/см, на темно-каштановых почвах Среднего Поволжья П. К. Ивановым и Л. И. Коробовой — в пределах о.

1,26−1,30 г/см, а на малогумусных легкосуглинистых черноземах Украины И. П. Котоврасовым — 0,9−1,1 г/см3 (37, 81,132).

По экспериментальным данным С. И. Долгова и С. А. Модиной, амплитуда колебаний оптимальной объемной массы несколько больше и для суглинистых почв составляет 0,2−0,3, а для почв легкого мехсостава 0,3−0,4 г/см3 (64). Изменение оптимальной плотности сложения почвы в пределах этих диапазонов, как установили авторы, не приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Приведенные выше данные позволяют рассматривать оптимальную объемную массу, как характеристику почвенно-географическую.

Аналогичную зависимость от местных условий имеет и равновесная плотность почвы, устанавливающаяся при отсутствии обработок и в широких пределах варьирующая в зависимости от климата, типа почвы, ее структуры, мехсостава, содержания органического вещества и степени окультуренности (144, 237). По обобщенным данным Агрофизического института, ТСХА и ряда сельскохозяйственных ВУЗов, различные типы почв в зависимости от условий имеют равновесную плотность в пределах 1,3−1,6 у дерново-подзолистых, 1,1−1,4 у серых лесных и 1,0−1,3 г/см3 у чернозёмных почв (269). Г. И. Казаков пришел к выводу, что равновесная объемная масса одной и той же почвы зависит также от времени года и вида сельскохозяйственных культур (94).

Наиболее полно оценивать плотность сложения почвы, судить о ее водно-воздушном режиме позволяют показатели общей пористости и строения пахотного слоя или дифференцированной пористости (31, 37, 120). Пористость почвы зависит от ее мехсостава и структурного состояния, она функционально связана с объемной массой и во многом обуславливает водный и воздушный режимы (34, 144).

В каждой почвенно-климатической зоне получение высоких урожаев обеспечивает своя оптимальная величина пористости почвы, причем, во влажных районах на тяжелых почвах с высоким содержанием гумуса она выше, а в засушливых районах на легких малогумусных почвах — ниже.

Определению оптимальных параметров общей скважности также уделяется большое внимание. Так, Д. И. Буров выявил ее значения у черноземов в пахотном слое в пределах 50−60%, H.A. Качинский -55−65%, а С. И. Долгов и С. А. Модина 60−63% (32, 64, 107).

Для определенных культур в конкретных условиях диапазон оптимальной общей скважности может быть значительно уже. Так, в исследованиях Г. И. Казакова на обыкновенном черноземе Заволжья, интервал оптимальной пористости был более узким и составлял для яровой пшеницы и кукурузы в надсеменном слое почвы 60−63%, а в подсеменном для пшеницы 54−61% и кукурузы -58−62% (94).

На водный и воздушный режимы почвы немалое влияние оказывает соотношение объемов некапиллярных и капиллярных пор. В зависимости от условий увлажнения благоприятные значения этого соотношения различны и колеблются, по данным Г. И. Казакова, у черноземов от 0,330,25 в засушливых зонах и до 1,0 в условиях достаточного и избыточного увлажнения (94).

Для непрерывного протекания процесса газообмена между почвенным и атмосферным воздухом, необходимого для сохранения нормального состава почвенного воздуха, в почве должен поддерживаться на определенном уровне объем пор аэрации, который не должен быть менее 15% от общего объема почвы. При меньшем объеме этих пор газообмен затруднен из-за частичной вакуолизации почвенного воздуха, а при 8−10% он полностью прекращается (64, 107). Отсутствие возможности возобновления запасов кислорода в почвенном воздухе при этом приводит к угнетению жизнедеятельности аэробных почвенных микроорганизмов, что негативно отражается на пищевом режиме.

Регулирование строения пахотного слоя почвы осуществляется ее обработкой, и главным образом основной, различные способы которой придают ей неодинаковую плотность сложения на определенное время. Так, вспашка оказывает сильное разрыхляющее действие на пахотный слой и, в то же время, создает переуплотнение в подпахотной части почвенного профиля, глубокое плоскорезное рыхление обеспечивает более рыхлый нижний обрабатываемый слой и сохраняет уплотненным среднюю его часть, а поверхностная обработка почти вовсе не изменяет в целом плотности пахотного горизонта. Почва, не обработанная с осени, ко времени весеннего сева, приобретает равновесное состояние (265). Сравнивая значения равновесной и оптимальной для развития растений плотности почвы, нетрудно заметить, что эти показатели часто совпадают или разнятся незначительно, особенно у черноземов, благодаря высокой их гумусированности и оструктуренности, а это дает предпосылки для совершенствования технологии основной обработки в сторону снижения ее интенсивности (1, 144).

Выбор способов и глубины основной обработки почвы зависит от конкретных условий. В засушливых условиях вспашка за счет избыточной рыхлости почвы приводит к большим непроизводительным потерям запасов почвенной влаги. По данным научных учреждений Поволжья, Западной Сибири, Украины, Казахстана, оптимальное сложение черноземных почв при недостаточном увлажнении обеспечивают плоскорезная и поверхностная обработки (60, 84, 94, 97, 202, 269).

Поэтому мы в своих исследованиях наряду с контролемтрадиционной вспашкой изучали бесплужные способы обработки почвыпод озимую рожь — безотвальное и плоскорезное рыхление на равную со вспашкой глубину — 28−30 см и мелкую плоскорезную обработку на 1012 см, под яровую твердую и мягкую пшеницы — плоскорезное рыхление на 20−22 и 10−12 см, и нулевую обработку.

Все изучаемые способы основной обработки черного пара обеспечивали рыхлое сложение пахотного слоя почвы. Весной в начале парования в 0−30 см слое наиболее рыхлым сложение, в среднем за три года, отмечалось при глубоком безотвальном рыхлении и вспашке на 2830 см, где объемная масса не превышала значений 1,04−1,05 г/см (табл. 3.1).