Влияние агротехнологий и способов основной обработки на агрофизические свойства чернозема типичного в Центрально-Черноземном регионе России
Научные исследования, связанные с изучением структуры почвы, сегодня занимают одно из ведущих мест в агропочвоведении и имеют высокую значимость для развития современных агротехнологий.
В условиях изменения климата, роль агрофизических свойств почвы особенно актуальна. Комбинации влаги и тепла формируют основу для развития растений, и так как они нестабильны, то вопрос увеличения запасов влаги в почве требует разработки новых решений по данной проблеме. Более того, если рассматривать погодные условия как фактор, который влияет на развитие сельскохозяйственных культур, то во многих случаях его влияние сопоставимо или даже преобладает над фактором системы питания, защитой растений или семенным материалом.
Структурно-агрегатное состояние почвы достаточно лабильный физический показатель. В ряде научных работ показано, что структура почвы часто изменяется с использованием разных способов обработки почвы и применением удобрений. В этой связи, логично, что структура почвы тесно сопряжена с конкретной технологией возделывания полевых культур, на неё можно искусственно оказывать влияние, управлять и прогнозировать эффективность.
Цель исследований – изучение влияния агротехнологий и способов основной обработки почвы и на структурно-агрегатное состояние и запасы продуктивной влаги в чернозёме типичном при возделывании ярового ячменя в зернопаропропашном севообороте центрально-черноземном районе, далее ЦЧР.
Методика
Исследования проводились в 2021 г. в стационарном научно-производственном опыте ФГБНУ «Курский ФАНЦ» (Курская область, Медвенский район, п. Панино). В работе изучено влияние двух видов агротехнологий и четырёх способов обработки почвы на влажность, запасы продуктивной влаги и структурно-агрегатное состояние чернозёма типичного (табл. 1).
Площадь учётной делянки составляла 2700 м2. Севооборот включал следующее чередование культур: пар (чистый / сидеральный) – озимая пшеница (Triticum aestivum L.) – сахарная свекла (Beta vulgaris L v.saccharifera) – гречиха (Fagopyrum esculentum) – ячмень (Hordeum vulgare L.). Ячмень сорта «Суздалец» высевали в количестве 5 млн шт./га в лучшие агротехнические сроки.
Почвенный покров представлен чернозёмом типичным среднесуглинистым с содержанием (в слое 0-20 см) гумуса 5,8 %, щёлочногидролизуемого азота 20,5 мг/100г, подвижного фосфора 13,0 мг/100 г, обменного калия 12,0 мг /100 г почвы, рН – 5,6.
Оценка условий увлажнения проводили с учётом гидротермический коэффициента (ГТК) Селянинова: ГТК < 0,4 – сухая; ГТК = 0,4-0,7 – очень засушливая; ГТК = 0,7-1,0 засушливая; ГТК = 1,0-1,3 – слабо засушливая; ГТК = 1,3-1,6 – достаточно влажная; ГТК > 1,6 – избыточно влажная. Содержание влажности почвы в слое почве 0-20 см определяли термостатно-весовым методом, запасы продуктивной влаги расчётным способом. Оценку запасов продуктивной влаги в слое 0-100 см оценивали по следующей шкале: > 160 мм – запасы очень хорошие, 160-130 мм – хорошие, 130-90 – удовлетворительные, 90-60 мм – плохие, < 60 мм – очень плохие. Для изучения структурного состояния чернозёма типичного, отбирали почвенные образцы в вариантах опыта в слое 0-20 см в период начала весенней вегетации и в летний период перед уборкой урожая ячменя. Определение структурно-агрегатного состава почвы проводили по методу Н. И. Саввинова (сухое и мокрое просеивание). Экспериментальные данные обрабатывали методами математической статистики с использованием программных средств Microsoft office Excel и Statistiсa 10.
Результаты
Погодные условия в период проведения исследований характеризовались повышенным температурным режимом и дефицитом осадков. Условия вегетационного периода ячменя (апрель-июль) можно охарактеризовать как слабо засушливые (ГТК = 1,0). Гидротермический коэффициент по Селянинову в мае составил – 1,4, в июне – 1,1, в июле – 0,5.
Для оценки влагообеспеченности в период посева ячменя, была определена влажность почвы, а также запасы весенней продуктивной влаги (рис. 1, 2).
Полученные данные позволили установить, что изменение влажности почвы происходило постепенно, в зависимости от глубины обработки почвы (НСР05 = 2,07). Наибольшая влажность почвы наблюдалась в варианте с нулевой обработкой – 27,8 %, с отвальной обработкой отмечено снижение влаги до 22,3 %, с безотвальной – до 24,0 %, с поверхностной – до 24,1 %.
Запасы весенней продуктивной влаги распределялись по слоям почвы неравномерно, однако, нулевая обработка превосходила остальные варианты исследований. Максимальное количество продуктивной влаги было с использованием нулевой обработкой почвы и составило 157,3 мм, с отвальной – 102,6 мм, с безотвальной – 86,1 мм и с поверхностной – 83,4 мм.
Структурно-агрегатное состояние почвы – это один из агрофизических показателей почвы, который может значительно изменяться за относительно небольшие промежутки времени. В наших исследованиях наблюдалось изменение структуры чернозёма типичного в зависимости от способа основной обработки почвы и агротехнологий в целом в течение вегетации ячменя (рис. 3).
При сухом просеивании исследуемых образцов почвы было установлено, что наибольшее количество глыбистой фракции > 10 мм в послепосевной период наблюдалось в варианте с нулевой обработкой почвы, количество которых составило 35,2 %. С применением безотвальной обработки, количество агрегатов этой фракции была минимальной и составила 9,5 %.
Рассматривая агрегаты размером 10…3 мм, различия между вариантами наблюдались в каждой из фракций, при этом наибольшее их количество преобладало в варианте с безотвальной обработкой почвы, наименьшее с отвальной. Стоит отметить, что начиная с фракций 3…0,25 мм, соотношение агрегатов изменилось и их стало больше в варианте с отвальной обработкой. Агрегаты фракции < 0,25 мм возрастали от нулевой к поверхностной обработке.
В конце вегетации ячменя структура чернозёма типичного значительно изменилась, однако, в варианте с нулевой обработкой тенденция образования агрегатов более 10 мм сохранялась, с отвальной обработкой их количество увеличилось до 19,9 %, с безотвальной до 30,0 %, с поверхностной до 30,6 %. Агрегатов фракции 10…3 мм было больше в варианте с нулевой и отвальной обработками почвы. Во фракциях 3…0,25 мм, как в период после посева ячменя, наблюдалось аналогичное влияние способов обработки почвы, наибольшее количество агрегатов было с отвальной обработкой. Агрегатов фракции < 0,25 мм было меньше с нулевой обработкой, что аналогично данным полученным в весенний период.
После сухого просеивания, исследуемые образцы почвы использовали для мокрого просеивания с целью определения водопрочных и неводопрочных агрегатов. В ходе проведения исследований было установлено, что неводопрочные агрегаты (фракция < 0,25 мм) чернозёма типичного преобладали над водопрочными как в период после посева ячменя, так и перед его уборкой. В результате исследований было установлено, что наибольшее количество водопрочных агрегатов было во фракциях 1…0,5 мм и 0,5…0,25 мм. Применение безотвальной обработки почвы способствовало увеличению количества водопрочных агрегатов вышеуказанных фракций в весенний период, перед уборкой урожая значительных различий между вариантами установлено не было (рис. 4).
Анализ структурно-агрегатного состояния изучаемых чернозёмных почв показал, что наибольший процент агрономически ценных агрегатов наблюдался в период посева ячменя в вариантах с отвальной (80,1 %) и безотвальной (85,4 %) обработками почвы при базовой технологии возделывания ячменя. Интенсивная технология, включающая ресурсосберегающую поверхностную и нулевую обработки почвы, а также использование сидерального пара и увеличенную дозу минеральных удобрений, способствовала формированию меньшему количеству агрономически ценных агрегатов – 78,1 % и 61,7 %, соответственно (рис. 5).
Изучаемые способы основной обработки почвы оказывали существенное влияние на сумму водопрочных агрегатов после посева ячменя только в варианте с безотвальной обработкой (НСР05 = 5,41). Так, в этом варианте происходило увеличение количества водопрочных агрегатов до 51,1 % в весенний период и до 50,1 % перед уборкой урожая. Затем, количество водопрочных агрегатов уменьшалось от нулевой к отвальной обработке. Перед уборкой ячменя, водопрочные агрегаты снижались от безотвальной к нулевой обработке почвы (рис. 6).
В связи с тем, что к моменту уборки как при базовой, так и при интенсивной технологиях, сумма водопрочных агрегатов различалась незначительно, то мы полагаем, что уровень интенсивности агротехнологий в этот период не оказал влияние на их количество (НСР05 = 4,71).
Коэффициент структурности различался в зависимости от используемых агротехнологий, а также при разных способах основной обработки почвы (рис. 7).
После посева ячменя, коэффициент структурности с отвальной обработкой почвы составил 4,0, с безотвальной обработкой он был наибольшим – 5,8, с поверхностной – 3,6, с нулевой – 1,6. В конце вегетации ячменя, коэффициент структурности снизился до 2,86 в варианте с отвальной обработкой почвы, до 1,7 – с безотвальной, до 1,5 – с поверхностной, до 1,4 – с нулевой. Наименее ценная структура чернозёма, с точки зрения классической агрофизической модели, была отмечена в варианте с нулевой обработкой почвы (интенсивная технология), при которой коэффициент структурности после посева составил 1,6, перед уборкой – 1,4.
Выводы
Изучаемые виды агротехнологий, в частности способы основной обработки почвы, способствовали формированию разного количества влаги в почве. С использованием нулевой обработки почвы влажность почвы была максимальной и составила 27,8 %, с наиболее глубокой – отвальной обработкой количество влаги было минимальным (22,3 %). Запасы весенней продуктивной влаги, аналогично данным о влажности почвы, были выше с использованием нулевой обработки почвы (157,3 мм), при этом вариант с отвальной обработкой (102,6 мм) превосходил варианты с безотвальной (86,1 мм) и поверхностной обработками (83,4 мм). Полученные результаты очередной раз подтверждают тот факт, что отвальная обработка почвы положительно влияет на задержание и сохранение влаги по сравнению с безотвальной и поверхностной обработками почвы, тем не менее, она уступает нулевой обработке почвы.
Анализ структурно-агрегатного состояния чернозёмных почв позволил установить, что при сухом просеивании исследуемых образцов почвы наибольшее количество глыбистой фракции > 10 мм в послепосевной период наблюдалось в варианте с нулевой обработкой почвы, количество которых составило 35,2 %. Агрегаты фракции < 0,25 мм возрастали от нулевой к поверхностной обработке, что аналогично данным полученным перед уборкой урожая ячменя. Наибольшее количество агрономически ценных агрегатов отмечено в весенний период в вариантах с отвальной (80,1 %) и безотвальной (85,4 %) обработками почвы при базовой технологии возделывания ячменя. Интенсивная технология, включающая ресурсосберегающую поверхностную и нулевую обработки почвы, а также использование сидерального пара и увеличенную дозу минеральных удобрений, способствовала формированию меньшему количеству агрономически ценных агрегатов (78,1 % и 61,7 % соответственно). Сумма водопрочных агрегатов была выше в варианте с безотвальной обработкой почвы, как после посева (51,05 %), так и перед уборкой ячменя (50,16 %); затем, количество водопрочных агрегатов уменьшалось от нулевой к отвальной обработке. Наименее ценная структура изучаемых чернозёмных почв наблюдалась с нулевой обработкой почвы (интенсивная технология), при которой коэффициент структурности после посева ячменя составил 1,6, перед уборкой – 1,4. Рассматривая используемые агротехнологии в целом, можно полагать, что в условиях нашего опыта, лучшая структура почвы выявлена при базовой технологии с отвальной и безотвальной обработками почвы, но несмотря на это, вариант с нулевой обработкой почвы имеет определённые преимущества в конкретных технологиях возделывания полевых культур.
Работа выполнена по теме государственного задания № FGZU-2022-0005 «Разработать научно-практические основы экологически безопасной интенсификации производства зерновых культур в Центрально-Чернозёмном регионе на базе углубленной адаптации технологий к почвенно-климатическим особенностям агроландшафта (на примере озимой пшеницы и ярового ячменя)».
Авторы:
Лукьянов Вячеслав Анатольевич, кандидат биологических наук, научный сотрудник, ORCID: 0000-0003-1764-4083 e-mail: lukyanov27@mail.ru ,
Прущик Иван Алексеевич, младший научный сотрудник ORCID: 0000-0002-7737-7397
Курский федеральный аграрный научный центр, ул. Карла Маркса, 70Б, г. Курск, 305021, Россия
УДК 631.412: 631.51.021: 631.82: 633.16 doi.org/10.32634/0869-8155-2022-360-6-70-75
Сельское хозяйство, ветеринария, зоотехния, агрономия, агроинженерия, пищевые технологии
